Exploring the evolution of deep Earth's redox state through a combined approach of high-pressure experiments and geochemistry

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01989
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: Sinmyo Ryosuke 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (00769812)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯塚 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70614569)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 地球マントル / 酸化還元状態 / 高温高圧力 / 結晶構造 / 鉱物

Outline of Final Research Achievements

We have improved the high-pressure and -temperature apparatus with high stability for understanding the deep Earth's redox state. Using the developed apparatus, we explored the physical and chemical properties of the materials with high oxygen fugacity, which is subducting into the deep Earth. We determined the stability, crystal structure, and electrical conductivity of the newly found high-pressure iron oxides for the first time. Based on the experimental results, the lower mantle plays as a barrier for the materials with high oxygen fugacity against further subduction. We obtain new knowledge for understanding the global cycle of the Earth's volatile elements. We also discovered a new high-pressure silicate phase having the same crystal structure as the iron oxide in the shock vein of the meteorite in collaboration with foreign researchers.

Free Research Field

地球惑星物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

他の惑星と比べ、地球の表面は揮発性元素（酸素や水素など）に富むが、地球規模で揮発性元素がどのように循環しているかは未だ完全には理解されていない。地球深部には、沈み込み活動を通して高酸素雰囲気物質（酸素が多く含まれる物質）が持ち去られていると考えられている。酸素に富む物質が地球深部でどのような振る舞いをし、その後どうなるかを理解するため、実験的研究を推進した。得られた結果から、酸素に富む物質の地球深部条件における物理・化学的な性質が明らかになった。実験から、酸素に富む物質は深さ660 km以深には沈み込みにくいことが明らかになった。地球規模の酸素大循環を理解する上で重要な知見を得ることができた。