Hydrogenation of iron in the early stage of Earth's evolution

地球進化初期における鉄の水素化

飯塚 理子*; 八木 健彦*; 後藤 弘匡*; 奥地 拓生*; 服部 高典   ; 佐野 亜沙美   

Iizuka, Riko*; Yagi, Takehiko*; Goto, Hirotada*; Okuchi, Takuo*; Hattori, Takanori; Sano, Asami

地球の核の密度は純鉄の密度よりも低く、核の中の軽い元素は長年の問題である。水素は太陽系内で最も豊富な元素であり、したがって重要な候補の1つである。しかし、これまで水素の鉄への溶解過程は不明であった。ここでは、高圧高温その場中性子回折実験を行い、含水鉱物の混合物が加熱されると、含水鉱物が脱水された直後に鉄が水素化されることを明らかにしている。これは、地球の進化の初期に、蓄積された原始物質が熱くなったときに、他の物質が溶けこむ前に水素の鉄への溶解が起こったことを意味する。これは、水素が地球進化の過程で鉄に溶解した最初の軽元素であり、その後のプロセスにおいて他の軽元素の挙動に影響を及ぼす可能性があることを示唆している。

Density of the Earth's core is lower than that of pure iron and the light element(s) in the core is a long-standing problem. Hydrogen is the most abundant element in the solar system and thus one of the important candidates. However, the dissolution process of hydrogen into iron remained unclear. Here we carry out high-pressure and high-temperature in situ neutron diffraction experiments and clarify that when the mixture of iron and hydrous minerals are heated, iron is hydrogenized soon after the hydrous mineral is dehydrated. This implies that early in the Earth's evolution, as the accumulated primordial material became hotter, the dissolution of hydrogen into iron occurred before any other materials melted. This suggests that hydrogen is likely the first light element dissolved into iron during the Earth's evolution and it may affect the behaviour of the other light elements in the later processes.