硫によるマントルの酸化が沈み込み帯での巨大金鉱床の形成を駆動する
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硫によるマントルの酸化が沈み込み帯での巨大金鉱床の形成を駆動する

硫黄によるマントルの酸化が沈み込み帯での巨大金鉱床の形成を促進する:最新の先端的な学術論文を報告する

本論文は、Deng-Yang He、Kun-Feng Qiu、Adam C. Simon、Gleb S. Pokrovski、Hao-Cheng Yu、James A. D. Connolly、Shan-Shan Li、Simon Turner、Qing-Fei Wang、Meng-Fan Yang、Jun Dengらによって執筆され、2024年12月19日に『PNAS』（Proceedings of the National Academy of Sciences）誌に掲載されました。タイトルは「Mantle oxidation by sulfur drives the formation of giant gold deposits in subduction zones」です。

研究の流れ

1. 沈み込むプレートの脱揮発過程

研究ではまず、熱い（1000°C、2.4 GPa）および冷たい（1000°C、3.3 GPa）沈み込み地温勾配下での沈み込むプレートの脱揮発過程をシミュレートしました。その結果、熱いおよび冷たい沈み込み条件下で、それぞれ初期硫黄の約60％および90％が放出されることが示されました。熱い沈み込み条件下では、流体中の硫黄種は還元状態（HS–およびH2S）から酸化状態（HSO4–、SO42–、KSO4–、HSO3–およびSO2）へと変化しましたが、冷たい沈み込み条件下では、流体中の硫黄種は常に硫酸塩が支配的でした。

2. マントルウェッジの酸化モデル 3. 流体中の金の溶解度と化学形態 4. マントル部分溶融過程における金の抽出効率

主な結果

  1. 沈み込むプレートの脱揮発過程：熱いおよび冷たい沈み込み条件下で、それぞれ初期硫黄の約60％および90％が放出され、流体中の硫黄種は還元状態から酸化状態へと変化しました。
  2. マントルウェッジの酸化モデル：1〜2 wt.%のS6+を含む流体がマントルの酸素フガシティを少なくとも2対数単位まで上昇させ、三硫黄ラジカルイオン（S3–）を生成し、金の移動能力を大幅に向上させました。
  3. 流体中の金の溶解度と化学形態：酸化条件下ではAu(HS)S3–が金の主要なキャリアであり、その溶解度は還元条件下のAu(HS)2–よりも3桁以上高いことが示されました。
  4. マントル部分溶融過程における金の抽出効率：酸化条件下では、部分溶融がわずか1％であっても、マントル中の金が流体と溶融体に効率的に抽出されることが示されました。

結論

研究のハイライト

  1. 重要な発見：硫黄による沈み込み帯マントルの酸化が金の移動と濃集の主要な原因であること。
  2. 方法の革新：本研究では数値シミュレーションを用いて、沈み込むプレートから放出される流体の化学的特性とそのマントル酸化への影響を定量的に予測しました。
  3. 科学的価値：研究は、沈み込み帯環境での金鉱床形成のメカニズムを明らかにし、金属資源の探査と開発に対する理論的基盤を提供します。

その他の価値ある情報

記事情報
  • 原題：Mantle Oxidation by Sulfur Drives the Formation of Giant Gold Deposits in Subduction Zones
  • 掲載ジャーナル：PNAS
  • DOI：10.1073/pnas.2404731121
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