原始マントル

地球化学において、原始マントル（バルクケイ酸塩地球とも呼ばれる）は、核マントル分化から初期大陸地殻の形成までの発達段階における地球のマントルの化学組成である。原始マントルの化学組成には、地殻とマントルの両方の特徴が含まれている。^[2]

発達

受け入れられている科学的仮説の1つは、地球は分化した微惑星との衝突を通じてコンドライト組成の物質が集積して形成されたというものである。この集積期に、惑星の分化により、重金属親鉄元素が蓄積した地球の核が、周囲の未分化の原始マントルから分離した。 ^[3]その後、さらなる分化が起こり、地殻とマントル物質の異なる化学的貯蔵庫が形成され、互換性のない元素が地殻に蓄積した。^[4]

現在でも上部マントルでは分化が続いており、その結果、2種類のマントル貯留層が生まれている。すなわち、親岩元素が枯渇したもの（枯渇貯留層）と、「新鮮な」未分化のマントル物質で構成されたもの（濃縮貯留層または原始貯留層）である。^[5] ホットスポット地域の火山岩は原始的な組成を持つことが多く、ホットスポットのマグマはマントルプルームによってマントルの最深部から地表に運ばれたと考えられるため、地球化学者は下部マントルのどこかに比較的閉じた非常に未分化の原始的な貯留層があるに違いないと想定している。^[6]この仮定を説明する仮説の1つは、コアとマントルの境界にD"層が存在するというものである。^[7]

化学組成

原始マントルの化学組成は発生源で直接測定することはできませんが、研究者はいくつかの方法を使用して原始マントルの特性を推定することができました。 1 つの方法は、初期地球の化学組成を表すコンドライト隕石を分析し、分析された化学特性と地球内部のダイナミクスを説明する仮定を使用してモデルを作成することです。このアプローチは、太陽系の初期の惑星が同様の条件下で形成され、比較可能な化学組成を与えたという仮定に基づいています。^[8]より直接的な方法は、上部マントルのペリドタイトの化学組成の傾向を観察し、これらの傾向に基づいて原始マントルの仮説的な組成を解釈することです。これは、ペリドタイトの組成の傾向をコンドライト隕石の難溶性岩石元素 (コアマントルの分化の影響を受けない) の分布と一致させることによって行われます。どちらの方法も、内部地球についての仮定に基づく制限と、データを定量化するために使用されるモデルの統計的不確実性があります。^[2]

上で詳述した2つのアプローチでは、枯渇した（または均質な）マントルと比較した場合、同じ一般的な傾向に従う重量パーセンテージが得られます。つまり、原始マントルは、SiO _2、 Al ₂ O ₃、Na ₂ O、およびCaOの濃度が著しく高く、MgOの濃度が著しく低いです。さらに重要なことは、両方のアプローチで、原始マントルには難溶性親岩元素（Al、Ba、Be、Ca、Hf、Nb、Sc、Sr、Ta、Th、Ti、U、Y、Zr、および希土類元素など）の濃度がはるかに高いことが示されていることです。^[9]これらの化合物と難溶性親岩元素の正確な濃度は、使用する推定方法によって異なります。ペリドタイト分析を使用する方法では、直接コンドライト隕石分析を使用して推定されたものよりも、SiO ₂の原始マントル重量パーセンテージがはるかに小さく、MgOとAl ₂ O ₃の原始マントル重量パーセンテージが大幅に大きくなります。 2つの方法から得られる難溶性親石元素の推定濃度も異なり、通常は0.1～5ppmである。^[10]

参照

巨大衝突仮説

参考文献

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[1] Rubie, DC; Nimmo, F.; Melosh, HJ (2015)、Schubert, Gerald (ed.)、「9.03 - 地球の核の形成」、地球物理学論文集 (第2版)、オックスフォード: Elsevier、pp. 43–79、ISBN 978-0-444-53803-1、 2021年9月30日取得

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[9] 吉崎隆; アッシュリチャード D.; リペラマーク D.; 横山哲也; マクドノーウィリアム F. (2021). 「惑星構成要素の可変耐火性石親和性元素組成：エンスタタイトコンドライトの成分からの洞察」. Geochimica et Cosmochimica Acta . 308 : 173–187. arXiv : 2011.13134 . Bibcode :2021GeCoA.308..173Y. doi :10.1016/j.gca.2021.05.057. ISSN 0016-7037. S2CID 227209726.

[10] 柳健 (2011)、柳健 (編)、「大陸地殻と原始マントルの化学組成」、日本弧火山：マントルからの大陸地殻の生成、地球科学講義ノート、第136巻、東京：シュプリンガー、pp. 9–17、doi：10.1007/978-4-431-53996-4_2、ISBN 978-4-431-53996-4、 2021-11-09取得