地球の化学組成の推定

１）隕石の化学組成からの推定２成分モデル　（ Ringwood, Banke など）Ringwood の 2 成分モデル：　地球は、　　低温成分：　Ｃ１コンドライト　１０％　　高温成分：　還元的な条件で、過熱して揮発成分を蒸発させた物質　９０％　　　　　　　　　　 Enstatite chondrite を仮定する場合もある。

天然の岩石からの推定：　　マントルの化学組成を推定する。a) マントルゼノリス（マントル捕獲岩）からの推定：　マントル起源の岩石には、カンラン岩（ peridotite) と榴輝岩（エクロジャイト

eclogite ）が存在する。　カンラン岩はカンラン石、輝石（斜方輝石，単斜輝石）からなりエクロジャイトは

石榴石（ガーネット）、単斜輝石、（石英）からなる。　マントルは主として、カンラン岩からなると考えられている。　マントルカンラン岩には、アルミナを含む鉱物として斜長石 (Plagioclase), 尖晶石

（ Spinel) 、石榴石（ Garnet) を含むものがある。それぞれ、　　斜長石カンラン岩（ Plagioclase peridotite) ：高温低圧 尖晶石カンラン岩（ Spinel peridotite) ：低温低圧 石榴石カンラン岩（ Garnet peridotite ）：高温高圧

b) マグマからの推定：超苦鉄質マグマ：コマチアイトマグマ

PREM 　

１、マントルの化学組成の推定方法：　始源的マントルの推定方法　　マントル捕獲岩からの始原的マントルの組成の推定　 (McDonough, 2001)

MgO~38wt.% primitive

Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｅａｒｔｈ： 地殻＋マントル

マントル＋地殻の元素存在度の特徴

（１） Ca, Al, REE, U, Th などの難揮発性元素はＣ１コンドライトの約 1.16 倍

（２） Si はＣ１コンドライトの約 0.83 倍 : マントルは輝石でなくかんらん岩的

（３） V, Cr, Mn はＣ１コンドライトの 0.23~0.62 倍

（４） Fe, Ni, Co, W などの親鉄元素はＣ１コンドライトの約0.08~0.15 倍　　　ニッケルのパラドックス：　　　　低圧での平衡分配に比較してマントルに多すぎる。

（５） Na, K などはＣ１コンドライトの 0.18~0.22 倍：　　　　熱源となるＫは少ないのは、揮発性元素として枯渇しているのか？　　　それとも核に存在するのか（核の熱源として重要）？

（６） Pt, Ir, Re などの貴金属はＣ１コンドライトの約 0.003 倍　　　強親鉄元素のパラドックス：　　　　低圧での平衡分配に比較して存在度はマントルに多すぎる。

（７） S, Cd, Se などの揮発性元素はＣ１コンドライトの 10-4~10-2

地球の地殻・マントルは揮発性元素に枯渇している。

揮発性元素の一部は核に存在するのか？

地球は高温起源であったのか？

x

x

x

x

x

x

Ca Al Ti REE U Th etc

Mg

Si

CrV

Li

MnNa

K

CuRb

CaF

ZnIn

Fe

Ni Co

WP

Mo As

Ag

Sb Ge

CsCd

ClPb

Br Bi

Tl

S

Se

Os

Re

Ir

Pt

PdAu

強親鉄元素

親鉄元素

親石元素難揮発性親石元素 揮発性親石

元素

>1350 1000 700 400Condensation temperature, K

1.0

0.1

0.01

0.001

Dep

leti

on f

acto

r

揮発性元素の枯渇

(Man

tle+

Cru

st)/

C1

0.01

0.1

1.0

0.01

0.001

難揮発性の元素

揮発性・やや揮発性の元素　＜ 1300K親鉄元素

Re

Os

Ir

Au

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

P In

Cd

Ge

Ag

Cr

MnGa

Sn

Na

K

Rb

Cs

Tl Pb

Bi

Zr

Mg

NbAl

Si Ca

Sc Ti

Sr

Y

Ba

La

CeNdSmEu Tb

Yb

Lu

Ta

ThUV

Li

親鉄元素

強親鉄元素

難揮発性の親石元素 揮発性の程度

低　　　　高

揮発性元素

図 5

Removal of Si from the mantle by metallic iron may explain Mg/Si ratio of the mantle: Entry of 5~7 % of Si into the core?

Mg/Si ratio of the mantle:

Volatility (e.g., McDonough, 2003) vs

Removal of Si into Core (e.g., O’Neil, 1991; Allegre et al., 2001)

McDonough (2003)

Log 50% condensation temperature (K) at 10-4 atm

Rel

ativ

e ab

unda

nce

3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7

Lithophile elements

Refractories Moderately volatiles Volatiles

Planetary volatility trend @1AU

Mantle

7

地球の２成分モデル地球のモデルとして Ringwood や Wanke によって提案された二成分モデルがある。

リングウッド（ Ringwood) およびベンケ（ Wanke ）によって提案されたモデル

地球は２成分の混合で説明できる。Ａ成分　（低温成分： Orgueil ）Ｂ成分　（高温成分：高温～ 1000 C で加熱または E-Chondrite 的な成分）

地球はＡ成分１０％、Ｂ成分が９０％からなる。すなわち、Ｃ１コンドライトに比べて揮発成分に枯渇している。

火星はＡ成分が３０％、Ｂ成分が７０％からなる。

地球のマントルのニッケルのパラドックス

マントル中に Ni は過剰に存在する。すなわち、マントルにおいて、 Ni と Co の存在度は、ほぼ等しい。しかし、金属鉄とケイ酸塩の間の分配係数は大きく異なる。なぜか。

常圧、高温でのＮｉとＣｏの分配係数Ｄ（Ｎｉ）～３１００Ｄ（Ｃｏ）～２００

コンドライトや火星隕石においては、カンラン石中のＮｉ量が少ない。隕石中のカンラン石中のＮｉ～数百ｐｐｍ

マントル起源のカンラン石中のＮｉ～２０００ｐｐｍ程度

(Man

tle+

Cru

st)/

C1

0.01

0.1

1.0

0.01

0.001

難揮発性の元素

揮発性・やや揮発性の元素　＜ 1300K親鉄元素

Re

Os

Ir

Au

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

P In

Cd

Ge

Ag

Cr

MnGa

Sn

Na

K

Rb

Cs

Tl Pb

Bi

Zr

Mg

NbAl

Si Ca

Sc Ti

Sr

Y

Ba

La

CeNdSmEu Tb

Yb

Lu

Ta

ThUV

Li

親鉄元素

強親鉄元素

難揮発性の親石元素 揮発性の程度

低　　　　高

揮発性元素

図 5

D~200

D~3100

3100

200

図１９

ニッケルはマントルに入りやすくなる。ニッケルのパラドックスの説明

Ｄ,

分配

係数

圧力 , GPa

>40 GPa

Ni

Co

マントル内の Co/Ni 比は、低圧で高温の実験結果とあわない。より高圧での Co/Ni の分配を反映している。　　深いマグマの海での核形成

Co/Ni in the mantle implies very deep magma ocean

ニッケルのパラドックスの解釈

深いマグマオーシャンでの核マントルの平衡と分離

核とマントルが非平衡であった。

初期地球の諸過程

強親鉄元素のパラドックス：

強親鉄元素は、マントルに多すぎる。

マントル中に強親鉄元素、 Ir, Pt, Au, などは金属鉄とケイ酸塩の元素分配で期待されるよりも過剰に存在する。

3100

200

>3x104

105

>4x104

(Man

tle+

Cru

st)/

C1

0.01

0.1

1.0

0.01

0.001

難揮発性の元素

揮発性・やや揮発性の元素　＜ 1300K親鉄元素

Re

Os

Ir

Au

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

P In

Cd

Ge

Ag

Cr

MnGa

Sn

Na

K

Rb

Cs

Tl Pb

Bi

Zr

Mg

NbAl

Si Ca

Sc Ti

Sr

Y

Ba

La

CeNdSmEu Tb

Yb

Lu

Ta

ThUV

Li

親鉄元素

強親鉄元素

難揮発性の親石元素 揮発性の程度

低　　　　高

揮発性元素

図 5

強親鉄元素のパラドックスは：

地球集積のなごり：隕石重爆撃

マントルの強親鉄元素存在度と隕石衝突Ｌａｔｅ　Ｖｅｎｅｅｒの存在の有無

海の起源とＬａｔｅ　Ｖｅｎｅｅｒ

Ｌａｔｅ　Ｖｅｎｅｅｒによる有機物の供給：　生命の起源

小天体衝突と恐竜絶滅：イリジウムの異常の説明隕石中の強親鉄元素

[1] Misawa et al. (1993) GCA 57, 4687-4702

Impact event: 月と地球への隕石重爆撃の痕跡か？

レゴリス研究の重要性

The Sm-Nd age and the 39Ar - 40Ar age of A-881757 [1] indicate their source basalt flow crystallized at 3870 Ma and was impacted at 3800 Ma.

初期地球の諸過程

地殻＋マントルの元素存在度と元素の分類

CV

CO

CM

図１１

図１２