地球：マントルの酸化状態と地球内部からの炭素の抽出
Nature 493, 7430 doi: 10.1038/nature11679
地球のケイ酸塩マントルの酸素フガシティーは、内部における揮発性物質の種分化と移動度に影響を及ぼし、惑星形成以降の地球からの脱ガス分子種の特性を支配するので、これを決定することはきわめて重要である。始生代のリソスフェアから得られたザクロ石を含むカンラン石捕獲岩に記録された酸素フガシティーは、ダイヤモンドが見つかっているものを含む最古のマントル試料中で働いていた揮発物質を含む交代作用によって生じた流体とメルトの性質に制約を与えるので特に興味深い。本論文では、最深部マントル捕獲岩に相当する高圧条件下におけるザクロ石の温度酸素分圧平衡を検証した実験結果について報告する。最もうまくいった平衡条件に対する定式化を提示し、これを用いて大陸塊リソスフェア全体の酸素フガシティーの正確な描像を決定した。最深部の岩石の酸素フガシティーは、これまでの見積もりよりも少なくとも一桁酸化が進んでいることがわかった。ダイヤモンドが形成される深さでは、酸素フガシティーは炭酸塩かメタンに富む流体の安定性とは共存できず、炭酸塩が欠乏し、水かケイ酸塩メルトのどちらかが支配的な交代作用による流体と共存する。平衡状態は、ザクロ石を含む岩石の相対的な酸素フガシティーが断熱減圧の際に深さが減少するとともに増加することも示している。このことは、アセノスフェア・マントルの炭素はグラファイトかダイヤモンドとして内包されているが、上昇する際にケイ酸塩鉱物中でFe3+の還元によって酸化され、炭酸塩メルトを生成することを示唆している。炭酸塩メルトが形成される深さは、バルクの岩石における鉄全体に対するFe3+の比に依存する。この「酸化還元融解」の関係は、地球物理学的に検出可能な初期融解の開始と、減圧融解を通したマントルからの二酸化炭素抽出に重要な意味を持つ。
