隠されたマンガンの貯蔵庫が地球の酸素獲得に貢献した可能性がある

私たちの足の下深くには、マンガンがこれまで見たことのない形で存在している可能性があり、この地下の金属源は、地球がどのようにして酸素を獲得したかの物語に役割を果たす可能性があります。

約20億年前まで、地球の大気には酸素がほとんど含まれていませんでした。その後、光合成細菌によって生成された酸素が蓄積し始めた大酸化現象（GOE）が起こり、より多様な生命体が発生し、地球が変化しました。

マンガンは、今日一般的な酸素生成経路が進化する前の、初期の光合成において必須の元素であると考えられています。地球の地殻では、マンガンは通常、GOE とほぼ同時期に蓄積し始めた酸素を含む鉱石の中に存在します。

中国の江蘇師範大学のJingming Shi氏によると、この鉱石の一部は、地球のマントルに隠された地下深くにある、これまで知られていなかったマンガン錯体から来た可能性があるという。

多くのマンガン酸化物が標準​​気圧で存在することが知られているが、習氏らは、そのうちのどれが地球深部の極端な圧力や温度でも安定している可能性があるかを調査することに着手した。彼らはコンピューターシミュレーションを使用して、マンガン原子と酸素原子の数千の異なる配列が、地表から約2,900キロメートル下の条件と比較して、大気圧の最大150万倍の圧力でどのように動作するかを調査しました。

これにより、彼らはいくつかの新しい化合物を導き出した。その中には、酸素原子ごとにマンガン原子が 4 つ含まれる、マンガン原子が異常に豊富に含まれる化合物も含まれる。 「これほどマンガンが豊富な酸化物がこれほど広い圧力範囲で安定するとは必ずしも予想していませんでした。これは最も興味深く、予想外の発見でした」とシェイ氏は言います。

研究チームはこの新しい化合物が地球のマントル内に存在するという直接的な証拠を持っていないが、その特性により、地球のマントルと核が交わる特定の領域を地震波が異常にゆっくりと伝わる理由を部分的に説明できる可能性がある。このことは、地球内部のマンガンが非常に豊富な部分の一部が、過去にマンガンがどのようにその中を移動したかに関する研究で検出されなかった可能性を高めるとシェイ氏は言う。

カリフォルニア大学リバーサイド校のティモシー・ライオンズ氏は、新しいマンガン化合物はおそらく地球内部から太古の海の底に移動した可能性があり、これがGOE中にこれほど多くのマンガン鉱石が出現した理由の一部を説明すると述べている。 」[It’s] マンガンサイクルの潜在的に重要な部分であり、生命の初期進化から現代の鉄鋼や電池の生産、そして人間の健康に至るまで広範囲に重要な要素である」と彼は言う。

英国リーズ大学のキャロライン・ピーコック氏は、「この研究が興味深い理由の1つは、高圧によって、通常は地表近くに存在しない化合物を安定化できることだ。極度の圧縮下では、原子の結合の仕方が異なり、材料は異常な結晶構造や酸化状態をとる可能性がある」と述べている。

しかし、地球内のマンガン酸化物について確固たる結論に達するには、さらに多くの証拠が必要である、と彼女は信じている。ピーコック氏は、研究チームが地震データ、地球のマントル内の金属の動き、さらにはGOEと結び付けたことは興味深いが、まだかなり推測の域を出ないと述べている。

したがって、Shi氏らは最終的には、ダイヤモンドで作られた特別な装置を使って、地球深部の状態を模倣して超高圧まで圧縮できる実験で、新しい酸化マンガンを探索したいと考えている。