地球化学：下部マントル深部条件におけるFeO₂とFeOOH、および地球の酸素水素循環

地球内部の酸素と水素の分布、蓄積、循環は、水圏、気圏、生物圏の地球化学的進化を決定付けるものである。酸素に富む大気と鉄に富む核は、地球の圧力–温度–組成の全範囲と重なっている酸素–鉄（O–Fe）系の2つの端成分である。地球深部の極端な圧力温度条件によって、鉄酸化物の酸化状態、スピン状態、相安定性が変化し、Fe₄O₅やFe₅O₆などの新しい化学量論組成が生じる。こうしたOとFeとの相互作用は、地球の形成、核とマントルの分離、大気の進化を決定付ける。鉄は、その複数の酸化状態で酸素フガシティーと酸素収支を支配し、水素はFeとOの反応（湿潤大気中で鉄をさびさせる）で重要な役割を果たしている。今回我々は、第一原理計算と実験を用いて、76 GPaと1800 Kで、過剰な量の酸素を保持する極めて安定な黄鉄鉱構造の鉄酸化物（FeO₂）を同定した。我々は、「さび」として至る所に存在し沼鉄鉱に濃集している鉱物である針鉄鉱（FeOOH）は、下部マントル深部の条件下では分解してFeO₂を形成しH₂を放出することを示す。この反応の結果、下部マントル深部でのFeO₂を含む重い断片の蓄積、水素の上方移動、酸素循環と水素の循環の分離を生じる可能性がある。この過程から、現在の酸素に富む大気を生成した20億年以上前の大酸化事変に対する突発的なO₂供給源だけでなく、深部の下部マントルにおける地震波異常や地球化学的異常の起源に対する別の解釈が得られると結論する。

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