2021 Fiscal Year Final Research Report

Core-mantle co-evolution constrained from isotopes

Planned Research

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Project Area	Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science
Project/Area Number	15H05830
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
Principal Investigator	Suzuki Katsuhiko 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), センター長 (70251329)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野村龍一京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (40734570) 佐野有司東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50162524) 佐野亜沙美国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 副主任研究員 (30547104) 下田玄国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (60415693) 石川晃東京工業大学, 理学院, 准教授 (20524507)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	核－マントル相互作用 / タングステン同位体 / 親鉄性元素 / マントルの化学進化 / 元素分配 / 微小領域分析 / 高温高圧実験 / ハロゲン元素の分配
Outline of Final Research Achievements	To investigate the behavior of hydrogen at high pressure, we examined pressure-induced changes in hydrogen bonds in hydrous minerals by neutron diffraction experiments, and for the first time clarified the relationship between symmetrization of hydrogen bonds and changes in elastic wave velocity. In addition, a geochemical model of the whole-mantle circulation of the oceanic plate revealed that dehydration of serpentinite layers in the lower part of the oceanic plate plays an important role in generating isotopic heterogeneity in the mantle. Tungsten isotopes, which are thought to have undergone variations during core formation, are one of the few isotopes that can provide traces of core-mantle interactions. Tungsten isotopes in Ethiopian basalts are lower than those in the present-day mantle, suggesting that they contain core material.
Free Research Field	地球化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	現在までよい状態で残っている初期地球の深部起源の岩石は限られており，初期地球の化学進化には不明な点が多い。本研究では，分野横断型のプロジェクトの利点を活かし，高温高圧実験の結果とマントル起源の火山岩やかんらん岩の化学組成・同位体組成との比較により，初期マントルの形成と進化に制約を与えた。さらに，プレートテクトニクスによって形成されるマントルの不均質と，マントル対流によってマントルが化学的に均質化されていく2つの要素をモデル化した。それによって，核－マントル相互作用を含んだ深部地球の進化がよりイメージしやすくなったことが重要な成果である。