地球化学：マントル窒素の起源を絞り込む熱水の15N15N存在度
Nature 580, 7803 doi: 10.1038/s41586-020-2173-4
窒素は、地球大気の主要な構成成分であるが、地球マントルの窒素の起源はまだよく分かっていない。地球集積時に受け継いだ始原的窒素と地球の表面から沈み込んだ窒素の相対的な寄与は、はっきりしていない。本論文では、マントルがそうした始原的窒素の残滓を保持している可能性を示す。我々は、N2の同位体置換体であるまれな15N15Nを、火山ガス噴出物における空気汚染の新たなトレーサーとして用いた。そして、アイスランド、アイフェル（ドイツ）、イエローストーン（米国）で得られたガスの空気汚染を絞り込むことで、マントルのδ15N（15N14N比の大気とのわずかな違い）、N2/36Ar比、N2/3He比の見積もりを導出した。ガス中に見られる負のδ15N値は、これまでマントル起源の窒素を示していると考えられてきたが、今回の結果は、実際には熱水系において15N14Nの分別を経た、主に大気由来のN2を表していることを明らかにしている。2成分混合モデルを用いてこの効果を補正すると、15N15Nデータを外挿して、マントル端成分を特徴付けるδ15N、N2/36Ar、N2/3Heの値を得ることが可能になる。我々は、アイフェル地域のδ15NとN2/36Arの値は、大洋中央海嶺の玄武岩によって供給される対流するマントルの見積もりより少し大きく、これは沈み込んだ窒素のマントル供給源への付加と矛盾しないことを示す。対照的に、イエローストーンのプリュームのδ15Nの値は対流するマントルより著しく大きく、地表の成分と類似しているにもかかわらず、N2/36Ar比とN2/3He比は対流するマントルと区別できないことが見いだされた。この観測結果は、プリュームが始原的成分を保持している可能性を提起している。我々は、2ボックスモデルを用いて沈み込み仮説を検証し、地質学的時間を通したマントルと地表の窒素の進化を説明する。さらに我々は、深部の窒素循環に対する沈み込みの効果は、これまでの研究で示唆されているよりも重要性が低い可能性があることを示す。我々はその代案として、大洋中央海嶺玄武岩とプリュームの高いδ15N値はいずれも、主に始原的特徴である可能性を提案する。
