高圧下の酸化鉄は、地球のマントルの酸化を示しました

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ビデオ: 地球の核の熱はどこからくるのか? 2022, 十一月
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Anonim
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米国とドイツの科学者は、最大23ギガパスカルの圧力下で、ケイ酸塩鉱物中の酸化鉄(II)をより高い酸化物のFe2O3と金属鉄に不均衡にすることを強制しました。科学誌に掲載された研究結果は、上部マントルの酸化が増加したことの証拠となる可能性があり、したがって、このプロセスによって酸素と水が地球の表面に入ることが可能になりました。さらに、著者の仮定によれば、結果として生じる酸化勾配は、大気からの溶解した二酸化炭素がダイヤモンドの形で沈殿することを可能にした。

地球の大気の構成と進化は、惑星の形成の最初の5億年の間に上部マントルがどれほど酸化されたかによって大きく影響されました。腸から大気中に放出された揮発性化合物の酸化状態はこれに依存していました。金属コアが完全に形成される前でさえ、マントルにはほとんど酸素がなく、CO、メタン、水素などのガスが大気中に侵入していました。酸素は、腸と反応せずに腸から大気中に入ることができなかったでしょう。

酸化還元条件は、酸素のフガシティーによって決定されます。最も古い鉱物では、このパラメーターの値は、上部マントルの酸化状態が岩石の形成の開始以来約5桁増加したことを示していました。酸化プロセスにより、二酸化炭素と水蒸気がマントルから逃げることができました。

主な理論によれば、マントルは水蒸気によって「酸化」され、過剰な水素は宇宙に逃げました。ある程度、このプロセスは実行できたかもしれませんが、マントルの重要な層を酸化するためにコアの形成後に地球の内部に十分な水があるかどうかという問題は未解決のままです。

別の理論は、メソスフェアの最も一般的な鉱物であるブリッジマナイト(ケイ酸塩ペロブスカイト)の結晶化により、酸化鉄(II)の不均化が起こり、より酸化された形態が上層への対流によって上昇したことを示唆しています。実験によれば、この鉱物は金属鉄と平衡状態にある多くの第二鉄を含み、それがその後コアに降下した。

高圧条件下でのFeOの不均化もケイ酸塩で観察されました。高圧の作用下では、不均化混合物の体積の変化は負になるはずですが、圧力を7ギガパスカルに上げた初期の実験では、体積の変化は正であることが判明しました。この変化の兆候は、一定の酸素フガシティーでの圧力に対する酸化鉄の割合の依存性から実験的に決定することができます。理論モデルは、より高い圧力では、体積変化が負になると予測しています。

カリフォルニア大学のキャサリン・アームストロングらは、同じメカニズムにより、23ギガパスカルまでの圧力でメソスフェアの条件下で液体ケイ酸塩中の酸化鉄(II)が不均化することを示し、マントルの酸化は必然的に少なくとも1つのマグマオーシャンの形成。

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酸素フガシティーの値が異なるさまざまなケイ酸塩中の酸化鉄の割合の圧力依存性。下向きの三角形と上向きの三角形は、それぞれ完全に還元された出発物質と完全に酸化された出発物質の値に対応しています。以前の既知のデータは円で示されています。灰色の四角は、金属鉄が緩衝剤として作用した実験の結果を示しています。実線は理論上の依存関係を示します

科学者たちは、酸素のフガシティーを維持する緩衝液の存在下で、より酸化され、より還元されたサンプルを実験しました。 4〜23ギガパスカルの圧力下でケイ酸塩溶融物中で平衡化した後、著者らはサンプルを冷却し、メスバウアー分光法によって最高酸化状態の鉄の相対含有量を分析しました。彼らの計算では、この比率はガラス相と結晶相の境界で類似しており、サンプルにはそれを大幅に変更するのに十分な濃度の化合物が含まれていなかったため、結晶化中にこの比率は変化しないという仮定に依存しました。

10ギガパスカルまで、酸化型の割合は圧力の増加とともに減少しましたが、より高い値では、Fe3 +の濃度が増加し始めました。著者らは、この異常な挙動は、高圧での溶融した高酸化物の圧縮率が低酸化物の圧縮率よりも大きいという事実によって説明されると主張しています(そして彼らの理論モデルはこれを確認しています);したがって、Fe3 +の測定された割合は圧力の増加。

科学者によると、金属のマントルの枯渇と不均化による最高酸化状態の鉄の濃度の増加は、コアの形成前でさえ起こった可能性があります。深部マグマオーシャンの酸素フガシティー勾配は、マグマ中の少量の大気中の二酸化炭素の溶解と、ダイヤモンドとしてのさらなる降水をもたらした可能性があります。

以前、科学者は鉄合金を含むダイヤモンドを発見しました。これは、マントルと強い還元特性を持つ領域に液体金属相が存在することを証明しました。地球の内層とそれらがどのように研究されているかについての詳細は、私たちの資料「中の山」で見つけることができます。

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