Core-mantle evolution constrained by element partitioning

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science
• Project/Area Number: 15H05831
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: M Satish-Kumar 新潟大学, 自然科学系, 教授 (50313929)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三部 賢治 東京大学, 地震研究所, 助教 (10372426) ; 舘野 繁彦 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任助教 (30572903) ; 鎌田 誠司 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), その他 (30611793) ; 秋澤 紀克 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (40750013) ; 小木曽 哲 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (60359172)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 核－マントル / 元素分配 / 同位体分別 / 高温高圧実験 / 軽元素 / 強親鉄性元素 / 炭素安定同位体 / 四種硫黄安定同位体

Outline of Final Research Achievements

This project aimed in understanding the elemental partitioning and light element stable isotope fractionation between Earth’s silicate mantle and metallic core using high-pressure high-temperature experiments and natural observations. High precision analytical facility for stable isotopes of hydrogen, carbon, oxygen and multiple sulfur isotopes suitable for high-pressure experimental products involving Fe-C-S and silicate phases were set up and results on elemental partitioning and stable isotope fractionation suggest carbon and sulfur are potential light elements in the Earth’s core. Furthermore, the interaction between core and mantle plays a significant role in modification of chemical composition of Earth.

Free Research Field

地球化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球の誕生と進化過程を解明することは、地球科学最大の目標であり、そのためには、地球内部でマントルと核が相互にどのような影響を与え合って来たのかを明らかにすることが必須である。本研究では、核マントルの相互作用の実態に元素の分配という観点から迫ることで、核とマントルの化学的な特徴と進化を定量的に理解する道を拓いた。また、本研究計画を遂行する際、多くの大学院生や若手研究者が最先端の超高圧実験や微小領域精密分析技術の開発に携わることで、次世代の地球科学分野の発展に寄与することとなった。