Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit und Entwicklung der Stickstoffspeicherkapazität im unteren Erdmantel

May 14, 2024

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 3537 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die durch kohlenstoffhaltige Chondriten normalisierte relative Stickstoffhäufigkeit in der Silikatmasse der Erde scheint im Vergleich zu anderen flüchtigen Elementen erschöpft zu sein. Insbesondere das Verhalten von Stickstoff in den tiefen Teilen der Erde, wie dem unteren Erdmantel, ist nicht klar verstanden. Hier haben wir experimentell die Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit untersucht, der 75 Gew.-% des unteren Mantels einnimmt. Die experimentelle Temperatur lag zwischen 1400 und 1700 °C bei 28 GPa im Redoxzustand, der dem flachen unteren Mantel entspricht. Die maximale Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit (MgSiO3) stieg mit steigender Temperatur von 1400 auf 1700 °C von 1,8 ± 0,4 auf 5,7 ± 0,8 ppm. Die Stickstoffspeicherkapazität von Mg-Endglied-Bridgmanit beträgt unter den aktuellen Temperaturbedingungen 3,4 PAN (PAN: Masse des vorhandenen atmosphärischen Stickstoffs). Darüber hinaus nahm die Stickstofflöslichkeit von Bridgmanit mit steigender Temperatur zu, im Gegensatz zur Stickstofflöslichkeit von metallischem Eisen. Somit kann die Stickstoffspeicherkapazität von Bridgmanit während der Erstarrung des Magmaozeans größer sein als die von metallischem Eisen. Ein solches „verborgenes“ Stickstoffreservoir, das durch Bridgmanit im unteren Erdmantel gebildet wird, könnte das scheinbare Stickstoffhäufigkeitsverhältnis in der Silikatmasse der Erde verringert haben.

Das geochemische Verhalten von Stickstoff in der Tiefe der Erde bleibt unklar, während bisher viele Studien zum Stickstoffkreislauf in der Biosphäre durchgeführt wurden1,2,3. Die relativen Häufigkeiten von Stickstoff, Kohlenstoff und H2O in BSE (Massensilikaterde), normalisiert durch die von kohlenstoffhaltigen Chondriten, betragen 0,11 %, 1,49 % bzw. 2,27 %4. Das BSE, das vermutlich aus der Atmosphäre, dem erschöpften Erdmantel und dem Erdmantel besteht, weist im Vergleich zu anderen flüchtigen Bestandteilen einen Stickstoffmangel auf4. Die Konzentrationen von 14N, 12C und H2O in der kohlenstoffhaltigen Chondritzusammensetzung, die zur Schätzung dieser Häufigkeitsverhältnisse verwendet wurden, betrugen 1,09 × 10–4 mol/g, 2,94 × 10–3 mol/g bzw. 6,60 × 10–3 mol/g5 ,6. Dieser scheinbar erschöpfte Stickstoff wird als „fehlender“ Stickstoff oder „verlorener“ Stickstoff bezeichnet4,7,8. Der Stickstoffgehalt im BSE wurde anhand des Ar/N2-Verhältnisses abgeschätzt. Allerdings argumentierten Zerkle und Mikhail9, dass die Schätzung der Stickstoffhäufigkeit bei BSE aus der von Marty10 berichteten Korrelation zwischen N2 und entgastem Ar nicht unbedingt genau sei. Marty10 ging davon aus, dass Stickstoff im gesamten Mantel als N2 vorliegt, das sich wie Edelgas verhält, die Sauerstoffflüchtigkeit im tiefen Mantel jedoch viel geringer ist als im flachen Mantel und Stickstoff als NH3, NH4+ oder N3− statt als N211,12 vorliegt . Hochdruckexperimente zeigten, dass NH4+ unter reduzierten Bedingungen in Silikatmineralien und Silikatschmelzen eingebaut werden kann13,14,15,16. Daher kann der „fehlende“ Stickstoff auch durch die Existenz von Stickstoffreservoirs im reduzierten tiefen Erdmantel erklärt werden.

Während der Erstarrung des Magma-Ozeans könnte die Entgasung aus dem Mantel-Magma-Ozean ineffizient sein, da sich der teilweise kristallisierte Magma-Ozean wie ein Feststoff verhält17,18. Daher wird angenommen, dass die Verfestigung des Magmaozeans ein wichtiger Entstehungsprozess von Stickstoffreservoirs in der Tiefe der Erde ist13,19. Li et al.13 ermittelten die Stickstofflöslichkeiten in Forsterit und Enstatit auf etwa 10 ppm bzw. 100 ppm und schlugen vor, dass der tiefe obere Mantel durch die Erstarrung des Magmaozeans ein Stickstoffreservoir sein könnte. Yoshioka et al.19 bestimmten experimentell die Stickstofflöslichkeiten in Wadsleyit und Ringwoodit unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen, die der Mantelübergangszone entsprechen. Die Stickstofflöslichkeiten in Wadsleyit und Ringwoodit lagen zwischen 8,0 und 204,9 ppm bzw. zwischen 12,0 und 283,0 ppm, und diese Stickstofflöslichkeiten nahmen mit steigender Temperatur zu. Die Kohlenstofflöslichkeiten in diesen Mantelmineralien wurden auch anhand von Hochdruck- und Hochtemperaturexperimenten untersucht, gefolgt von einer Analyse mit Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS)20. Keppler et al.21 berichteten, dass die Kohlenstofflöslichkeiten in Olivin bis zu 0,54 ppm betrugen und Shcheka et al.20 berichteten, dass die Löslichkeiten in Wadsleyit und Ringwoodit unter der SIMS-Nachweisgrenze lagen (d. h. 30–200 ppb pro Gewicht). Diese Mantelmineralien, die ein hohes N/C-Löslichkeitsverhältnis aufweisen, können bei BSE zu einem Stickstoffabbau im Vergleich zu Kohlenstoff führen und zu „fehlendem“ Stickstoff führen. Yoshioka et al.19 führten Hochdruckexperimente mit einer Multi-Amboss-Apparatur unter reduzierten Bedingungen nahe dem Fe-FeO-Puffer durch und berichteten, dass die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit 21,5 ± 18,1 ppm beträgt. Ihre Studie bestimmte jedoch die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit nur unter einer einzigen Bedingung von 24 GPa und 1600 °C, und die Abhängigkeit der Stickstofflöslichkeit von der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung wurde nicht geklärt. Das Verhalten von Stickstoff, insbesondere in den tiefen Teilen der Erde wie dem unteren Erdmantel, bleibt unklar. Selbst in neueren Studien22 bleibt die tiefe Segregation flüchtiger Stoffe, die durch die Erstarrung des Magmaozeans verursacht wird, unbeschränkt. In dieser Studie führten wir Hochdruck- und Hochtemperaturexperimente bei verschiedenen Temperaturen im Redoxzustand des unteren Erdmantels durch, um den Stickstoffeinbau in Bridgmanit zu untersuchen. Darüber hinaus wurde unter den gleichen Bedingungen die Abhängigkeit der Stickstofflöslichkeit vom Aluminiumgehalt in Bridgmanit untersucht.

In der Ergänzungstabelle 2 sind die Laufprodukte unter Versuchsbedingungen von Hochdruck- und Hochtemperaturexperimenten unter Verwendung der Multi-Amboss-Apparatur aufgeführt. Alle Laufprodukte enthielten Kristalle, die mit wasserhaltiger Schmelze koexistierten (jetzt in Form von abgeschreckten Kristallen oder Glas), da 15N-substituiertes Ammoniumnitrat (15NH415NO3) bei hohen Temperaturen Wasser freisetzte. Die wasserhaltigen Schmelzen haben während des Abschreckvorgangs möglicherweise Stickstoff verloren und wurden nicht mit SIMS analysiert. Wie von Yoshioka et al.19 berichtet, wurden in allen gewonnenen Proben Abschreckkristalle beobachtet, die aus wasserhaltiger Schmelze stammten und während des Abkühlens neben 15N-HO-Flüssigkeit existierten. Roskosz et al.23 haben die Stickstofflöslichkeit in Peridotitschmelzen unter reduzierten Bedingungen entsprechend dem Fe-FeO-Puffer bei hohem Druck und hoher Temperatur gemessen und festgestellt, dass die Stickstofflöslichkeit in Silikatschmelzen mit zunehmendem Druck auf bis zu 3 GPa zunahm, jedoch von 3 auf 14,8 GPa ein Plateau erreichte . Dieser Trend legt nahe, dass die Stickstofflöslichkeit in Silikatschmelzen über 3 GPa druckunabhängig sein kann. Da das Ausgangsmaterial in unserer Studie mindestens 60.000 ppm Stickstoff enthält, was etwa dem Neunfachen der von Roskosz et al.23 angegebenen Stickstofflöslichkeit in der Schmelze entspricht, können alle Experimente in unserer Studie unter stickstoffgesättigten Bedingungen durchgeführt werden. Wie in der ergänzenden Abbildung 3 gezeigt, wurde die Bildung von Bridgmanit anhand zuvor gemeldeter Raman-Peaks24 in den gewonnenen Proben des Al-freien Systems bestätigt, während einige Raman-Spektren des Al-haltigen Systems breite Banden zeigten, die auf eine Vitrifizierung hinweisen. Obwohl einige der Al-haltigen Bridgmanitproben während der Wiederherstellung nach hohem Druck und hoher Temperatur verglast wurden, waren die experimentellen P-T-Bedingungen des Al-haltigen Systems hoch genug, um Bridgmanit zu bilden, wie andere experimentelle Ergebnisse zeigen (siehe Ergänzungstabelle 2). ). Daher wurde angenommen, dass der Al-haltige Bridgmanit während der Experimente stabil war, die Möglichkeit, dass durch die Verglasung von Al-haltigem Bridgmanit Stickstoff freigesetzt wird, kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. Abbildung 1 und die ergänzenden Abbildungen 4–8 zeigen die BSE-Bilder der wiederhergestellten Zellanordnungen einschließlich Proben. In OT2258, OT2259, OT2293, OS3083, OT2474 und OT2515 wurde durch SEM-EDS kein Fe-FeO-Austritt aus den Goldkapseln bestätigt. In den Al-haltigen Systemen OT2258, OT2259 und OT2293 waren die gewonnenen Proben mit Eisen kontaminiert, das aus dem Fe-FeO-Puffer stammte. Diese gewonnenen Proben, die von einer solchen Eisenverunreinigung betroffen waren, wurden in unserer Forschung nicht diskutiert, da die mit Eisen verunreinigten Proben kein Gleichgewicht erreichen konnten. Nachdem alle diese Läufe abgeschlossen waren, ergab die EDS-Analyse der Fe-FeO-Puffer in den gewonnenen Proben, dass reines metallisches Eisen neben FeO vorlag, was darauf hindeutet, dass die Sauerstoffflüchtigkeitsbedingungen der Experimente genauso niedrig waren wie die des unteren Erdmantels. Wir folgerten, dass Wasserstoff in der äußeren Goldkapsel erzeugt wurde und die innere Platinkapsel durchdrang. Es wird erwartet, dass die MgO-reiche wasserhaltige Schmelze in der inneren Platinkapsel 15NH3 in einer wasserstoffkoexistierenden Umgebung enthält. Die erhaltenen Bridgmanit-Einkristalle waren größer als 80 μm. Diese Korngrößen waren für die SIMS-Analyse ausreichend groß. Vor der SIMS-Analyse beobachteten wir SEM-EDS-Bilder der gewonnenen Proben und identifizierten die Bridgmanitkristalle und die Korngrenzen.

BSE-Bilder einer gewonnenen Probe aus 28 GPa, 1400 °C (OT2259). Die linke Abbildung ist ein vollständiges BSE-Bild der gewonnenen Probe. Die rechten Abbildungen sind die BSE-Bilder von zwei Proben, die mit FE-SEM nach hochauflösender SIMS-Analyse erhalten wurden; (a) Al-freies System und (b) Al-haltiges System. Kreise entsprechen Analysepunkten. Brg Bridgmanit.

Abbildung 2 zeigt die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit (MgSiO3) bei verschiedenen Temperaturen. In der Ergänzungstabelle 3–8 sind die chemische Zusammensetzung der Laufprodukte und die Stickstoffkonzentrationen von Bridgmanit aufgeführt, die aus hochauflösendem SIMS (1280 HR2) erhalten wurden. Die maximale Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit stieg mit zunehmender Temperatur im Al-freien System von 1,8 ± 0,4 auf 5,7 ± 0,8 ppm (μg/g). Li et al.13 schlugen drei Möglichkeiten für den Einbau von Stickstoffspezies in Enstatit vor: N3− in Sauerstoffleerstellen, N2 als Schottky-Defekte und Substitution der Ammoniumionen (NH4+)M2 und (M3+)M1 durch (Ca2+)M2 und (Mg2+). M1. Liu et al.25 berichteten, dass Sauerstofffehlstellen in Bridgmanit mit steigender Temperatur zunehmen; Daher legt die beobachtete Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit nahe, dass Stickstoff in die Gitterdefekte von Bridgmanit eingebaut werden kann. Der Ersatz von O2− durch N3− erfordert einen gewissen Ladungsausgleich. Insgesamt war die in dieser Studie ermittelte Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit nicht so hoch wie in der vorherigen Studie von Yoshioka et al.19, wo die Stickstofflöslichkeiten in Bridgmanit zwischen 5,8 und 53,9 ppm lagen. Die in dieser Studie ermittelten Stickstofflöslichkeiten stimmen jedoch gut mit den von Yoshioka et al.19 angegebenen Mindestwerten überein. Der Unterschied in der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit zwischen unserer Studie und Yoshioka et al.19 könnte durch die Koexistenz von Ringwoodit in Yoshioka et al.19 verursacht werden. Ringwoodit hat eine hohe Stickstofflöslichkeit von bis zu 283 (± 3,8) ppm19, was zu anderen Ergebnissen als denen unserer Forschung führen kann. Yoshioka et al.19 berichteten über die Koexistenz von Ringwoodit in der Bridgmanit-Phase, weil sie ein Hochdruckexperiment bei 24 GPa durchführten, das der Grenze von Ringwoodit ↔ Ferropericlase + Bridgmanit26 entspricht. Im Gegensatz dazu konnte Ringwoodit bei 28 GPa, wo unsere Hochdruckexperimente durchgeführt wurden, nicht mit Bridgmanit koexistieren und erhöhte und streute die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit nicht. Der Einbau von Eisen in Bridgmanit kann auch zu unterschiedlichen Stickstofflöslichkeiten in Bridgmanit zwischen Yoshioka et al.19 und unserer Forschung führen. Yoshioka et al.19 mischten ein Ausgangsmaterial und eine Stickstoffquelle (95 % 15N-substituiertes NH4NO3) mit metallischem Eisen als Fe-FeO-Puffer und schlossen die Mischung in dieselbe Platinkapsel ein. Daher wurde die von Yoshioka et al.19 berichtete chemische Zusammensetzung von Bridgmanit in dieser Studie als Mittelwert (Mg0,97, Fe0,03)SiO3 ermittelt, dessen Eisengehalt höher war als der von Mg-reinem Bridgmanit (MgSiO3).

Diagramme, die die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit (MgSiO3) bei verschiedenen Temperaturen darstellen. Alle Datenpunkte repräsentieren die einzelnen Messpunkte der Probe.

Abbildung 3 vergleicht die Löslichkeit von Stickstoff in Al-haltigem Bridgmanit und Al-freiem Bridgmanit. Grüninger et al.27 berichteten, dass der Einbau von Aluminium in Bridgmanit zu einer Erhöhung seiner Sauerstoffleerstellen um etwa 0,1 Al pfu (pro Formeleinheit) führte. Abbildung 3 zeigt, dass die Stickstofflöslichkeit in Al-haltigem Bridgmanit im Allgemeinen höher ist als die in Al-freiem Bridgmanit. In unseren Experimenten wurde in allen Durchläufen bei hohen Temperaturen Wasser aus 15NH415NO3 freigesetzt, und es kann zu einer Si4+ ↔ Al3+ + H+-Substitution in Bridgmanit kommen28. Darüber hinaus sollten wir einen ladungsgekoppelten Mechanismus (als AlAlO3-Komponente) in Betracht ziehen. Daher erhöht der Al-Gehalt in Bridgmanit nicht unbedingt die Sauerstoffdefekte und erhöht möglicherweise nicht die Stickstofflöslichkeit. Tatsächlich sind Schwankungen des Al2O3-Gehalts und der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit nicht völlig systematisch, wie in Abb. 4 dargestellt. Eine teilweise Substitution (N3− + Si4+ ↔ O2− + Al3+) kann auftreten, es besteht jedoch ein systematischer Zusammenhang zwischen Stickstofflöslichkeit und Al2O3 Der Inhalt wird geklärt, wenn wir die drei Substitutionsmechanismen durch theoretische Simulationen unterscheiden können. Dies ist eine Frage für die Zukunft, einschließlich der Frage, wie Stickstoff in die Kristallstruktur von Bridgmanit eingebaut wird.

Diagramme, die die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit bei verschiedenen Temperaturen zeigen. Alle Datenpunkte repräsentieren die einzelnen Messpunkte der Probe.

Diagramme der Stickstofflöslichkeit gegenüber dem Al2O3-Gehalt in Bridgmanit. Alle Datenpunkte repräsentieren die einzelnen Messpunkte der Proben. Die Stickstofflöslichkeiten in Al- und Fe-haltigem Bridgmanit werden hier nicht dargestellt.

Wir beobachteten, dass die Löslichkeit von Stickstoff in Bridgmanit (MgSiO3) mit steigender Temperatur von 1,8 ± 0,4 auf 5,7 ± 0,8 ppm anstieg. Marty4 schätzte die Stickstoffkonzentration in der BSE auf 1,68 ppm, basierend auf dem N/40Ar-Verhältnis von Basalten des mittelozeanischen Rückens und von Schmelzen abgeleiteten Schmelzen, die an der Erdoberfläche beprobt wurden, zusammen mit dem vermuteten 40Ar-Gehalt (erzeugt durch den Zerfall von 40K). des Mantels. Sie wiesen auf den „fehlenden“ Stickstoff hin, bei dem Stickstoff im Vergleich zu anderen flüchtigen Elementen wie Kohlenstoff und Wasserstoff um eine Größenordnung abgereichert zu sein scheint, wenn er auf die kohlenstoffhaltige Chondritenzusammensetzung normiert wird. Shcheka et al.20 berichteten, dass die Kohlenstofflöslichkeit in Bridgmanit unter der SIMS-Nachweisgrenze lag (dh unter 30–200 ppb). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Bridgmanit (MgSiO3) ein hohes N/C-Löslichkeitsverhältnis (> 29) aufweist, wenn man eine Stickstofflöslichkeit von Bridgmanit von 5,7 ppm bei 28 GPa und 1700 °C berücksichtigt. Die aktuelle Stickstoffspeicherkapazität im gegenwärtigen unteren Erdmantel beträgt 3,4 ± 0,5 PAN (PAN: Masse des gegenwärtigen atmosphärischen Stickstoffs), bei gleicher Stickstofflöslichkeit von 5,7 ± 0,8 ppm. Wenn wir die Ursache für den „fehlenden“ Stickstoff ausschließlich dem unteren Mantel zuschreiben, sollte die Stickstoffspeicherkapazität des unteren Mantels mindestens 18 PAN betragen (entspricht 22,5 ppm Stickstoff im unteren Mantel). Folglich kann die allein durch das Mg-Endglied Bridgmanit geschätzte Stickstoffspeicherkapazität des unteren Mantels (3,4 ± 0,5 PAN) das Problem des „fehlenden“ Stickstoffs nicht lösen, obwohl dieser Wert im eisenhaltigen pyrolytischen Mantel voraussichtlich höher ist. Die in dieser Studie geschätzte Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit (MgSiO3) nahm mit steigender Temperatur zu. Bei dieser Schätzung wird die Druckabhängigkeit nicht berücksichtigt und es kann eine große Unsicherheit bestehen. Es wird erwartet, dass die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit mit steigendem Druck zunimmt, ähnlich wie die Stickstofflöslichkeit anderer Mantelmineralien wie Olivin, Wadsleyit und Ringwoodit13,19, aber das liegt außerhalb des Rahmens unserer Forschung. Um die Druckabhängigkeit in Zukunft zu klären, sind Hochdruckexperimente im tieferen Teil des unteren Erdmantels erforderlich. Darüber hinaus sollte die Stickstofflöslichkeit in Ferroperiklase untersucht werden, das im unteren Erdmantel etwa 17 Gew.-% ausmacht29.

Obwohl Bridgmanit das am häufigsten vorkommende Mineral im unteren Erdmantel ist, sollten andere Phasen als potenzielle Stickstoffreservoirs im Erdinneren in Betracht gezogen werden. Die Löslichkeit von Stickstoff in metallischem Eisen ist möglicherweise in Materialien des unteren Mantels am höchsten19. Tatsächlich werden Eisennitride in supertiefen Diamanten entdeckt, die aus dem unteren Erdmantel stammen7.

In dieser Studie wurde die Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit demonstriert (bei einem konstanten Druck von 28 GPa), und die folgende logarithmische Regression wurde unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate angewendet, wie in Abb. 2 dargestellt. Wir haben die folgende Beziehung erhalten :

Dabei ist cN die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit [ppm (µg/g)] und T die Temperatur in Celsius. Das Bestimmtheitsmaß R2 betrug 0,65. Der experimentelle Temperaturbereich in dieser Studie war auf 1400–1700 °C begrenzt. Daher wurde die angepasste Linie auf höhere Temperaturen extrapoliert, ohne die mögliche Druckabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit zu berücksichtigen. Laut Liu et al.25 scheint die Anzahl der Sauerstofffehlstellen von Bridgmanit linear oder logarithmisch mit zunehmender Temperatur zuzunehmen, basierend auf drei experimentellen Temperaturpunkten. In unserer Diskussion gehen wir davon aus, dass die Sauerstoffleerstellen logarithmisch zunehmen, diese Annahme wird jedoch nicht durch theoretische Beweise gestützt. Eine frühere Studie zu Sauerstoffleerstellen in Bridgmanit beschränkte sich auf 2400 K25, und es ist nicht klar, ob unsere Daten bis zu 3000 K angewendet werden können, aber die Stickstoffspeicherkapazität von Bridgmanit kann bei hohen Temperaturen (2700 °C) 6,4 PAN erreichen wie die in Magma-Ozeanen. Andererseits berichteten Yoshioka et al.19 über die Stickstofflöslichkeit von metallischem Eisen als Funktion von Temperatur, Druck und Fe-Gehalt in der Fe-Pt-Legierung wie folgt:

Dabei ist cN die Stickstofflöslichkeit von metallischem Eisen (Gew.-%), T die Temperatur in Kelvin, P der Druck in GPa und xFe der molare Anteil von Fe in der Fe-Pt-Legierung. Das Bestimmtheitsmaß R2 beträgt 0,82. Yoshioka et al.19 berichteten, dass die Löslichkeit von Stickstoff in metallischem Eisen mit zunehmendem Pt-Gehalt abnahm. Pt wurde aus der Probenkapsel gewonnen. Natürliches metallisches Eisen im unteren Erdmantel kann Pt enthalten, seine Konzentration sollte jedoch sehr gering sein. In unserer Studie gingen wir davon aus, dass im metallischen Eisen im unteren Erdmantel kein Pt vorkommt. In Abwesenheit von Pt erhöht sich die Löslichkeit von N in metallischem Fe. Da die experimentellen Druck- und Temperaturbereiche für diese Regressionsanpassung zwischen 14 und 24 GPa bzw. 1100 und 1800 °C liegen19, muss die Stickstofflöslichkeit in metallischem Eisen auf höhere Temperaturen und Drücke extrapoliert werden, um die Stickstoffspeicherkapazität des Ganzen zu beurteilen unterer Erdmantel. Yoshioka et al.19 schätzten die Stickstofflöslichkeit in metallischem Eisen im gesamten unteren Mantel durch Anwendung einer Regressionsanpassung bei 24 GPa; In dieser Studie wurde die gleiche Schätzmethode verwendet. Aus den in dieser Studie ermittelten Regressionsanpassungen der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit und der von Yoshioka et al.19 bestimmten Stickstofflöslichkeit in metallischem Eisen erhielten wir die Stickstoffspeicherkapazität im unteren Erdmantel als Funktion der Temperatur (siehe Abb. 5). . Hier wurde angenommen, dass die anhand des Pyrolithmodells geschätzten metallischen Eisen- und Bridgmanitgehalte im unteren Mantel 1 Gew.-% bzw. 75 Gew.-% betragen, wie in früheren Studien berichtet29,30. Die Stickstoffspeicherkapazität von metallischem Eisen ist bei niedrigen Temperaturen, wie im heutigen Erdmantel, größer als die von Bridgmanit; Allerdings kehrt sich das Verhältnis der Stickstofflöslichkeit zwischen metallischem Eisen und Bridgmanit bei etwa 2200 °C um (siehe Abb. 5). Yoshioka et al.19 berichteten über eine Druckabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in metallischem Eisen; Betrachtet man die Stickstofflöslichkeiten in Bridgmanit und metallischem Eisen bei 28 GPa, so kehrt sich das Verhältnis der Stickstofflöslichkeit zwischen metallischem Eisen und Bridgmanit bei etwa 2600 °C um.

Diagramme, die die Temperaturabhängigkeit der Stickstoffspeicherung im unteren Erdmantel während der Abkühlung des Magmaozeans zeigen. Die Temperatur erreicht 2700 °C, was dem Schmelzpunkt von Bridgmanit bei 28 GPa40 entspricht. Die Masse des vorhandenen Luftstickstoffs (PAN) beträgt 3,92 × 1018 kg. Bei dieser Schätzung der Stickstoffspeicherung wurde die Gesamtmasse der Erde mit 5,97 × 1024 kg angenommen, wovon 52,2 Gew.-% auf den unteren Erdmantel entfielen.

Roskosz et al.23 berichteten über die Stickstofflöslichkeit in Peridotitschmelze unter hohen Drücken (1,8–17,7 GPa) und hohen Temperaturen (2350–2800 K), wobei die Stickstofflöslichkeit bei Drücken über 5,0 GPa ein Plateau bei etwa 7 × 103 ppm erreichte. Um die Stickstoffkonzentration in Bridgmanit durch Erstarrung des Magmaozeans abzuschätzen, müssen wir den Verteilungskoeffizienten zwischen Bridgmanit und Magma bestimmen. In der vorliegenden Studie wurde die Stickstoffkonzentration in der Schmelze nicht bestimmt und ein Pseudoverteilungskoeffizient aus dem Verhältnis der Stickstofflöslichkeiten von Bridgmanit zu denen von Peridotitschmelzen ermittelt. Die in dieser Studie ermittelte Stickstofflöslichkeit von Bridgmanit betrug 5,7 ppm, was der maximalen Löslichkeit bei 1700 °C entspricht. Die Stickstofflöslichkeit in der Peridotitschmelze wurde durch Extrapolation der Ergebnisse von Roskosz et al.23 auf 28 GPa mit 7 × 103 ppm angenommen. Durch Division der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit durch die der Peridotitschmelze wurde die Dbridgmanit/Silikat-Schmelze auf 8 × 10–4 geschätzt. Beim geschätzten Pseudo-Verteilungskoeffizienten haben wir Strukturveränderungen der Schmelze mit steigendem Druck31 und die Druckabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Mantelmineralien13,19 nicht berücksichtigt. Daher gibt es nicht messbare Unsicherheiten im Koeffizienten. Unter der Annahme, dass der Stickstoffgehalt des Magmaozeans dem von CI-Chondriten entspricht (1235 ± 440 μg/g)32, betrug die nur von Bridgmanit im unteren Mantel zurückgehaltene Stickstoffmasse 0,6 PAN. Obwohl Enstatit-Chondrite in jüngster Zeit für frühe Erdmaterialien bevorzugt wurden33, gingen wir basierend auf der Schätzung von Marty4 von einem CI-Chondrit für die Zusammensetzung der frühen Erde aus. Diese Stickstoffmasse im unteren Mantel ist zu gering, um den „fehlenden“ Stickstoff zu ermitteln, da der untere Mantel, wie bereits erwähnt, mehr als 18 PAN speichern muss. Bei dieser Schätzung haben wir die Druckabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Materialien des unteren Mantels nicht berücksichtigt. Darüber hinaus berücksichtigt diese Schätzung nicht den Stickstoffverlust in die Atmosphäre, und die Masse des zurückgehaltenen Stickstoffs kann weniger als 0,6 PAN betragen. Die erhaltene Stickstoffspeicherkapazität im unteren Erdmantel kann unterschätzt werden, da die Stickstofflöslichkeit in Mantelmineralien wie Olivin, Wadsleyit und Ringwoodit mit zunehmendem experimentellen Druck zunimmt13,19, wie zuvor beschrieben. Es wurde angenommen, dass die Massenverhältnisse von Bridgmanit und metallischem Eisen konstant waren. Es wird erwartet, dass die Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Ca-Perowskit und Ferroperiklas in Zukunft bestimmt wird.

Die Fähigkeit von Bridgmanit, Stickstoff einzufangen, hängt vom Szenario der Magma-Ozean-Konvektion ab. Bevor wir die Stickstoffspeicherkapazität diskutieren, müssen wir die folgenden zwei Fälle berücksichtigen: (1) vollständige Konvektion des Magmaozeans; und (2) Kristallisation des Magmaozeans und Beendigung der Konvektion. Unter der Annahme von Szenario (1) würde Stickstoff im Magma-Ozean in die Uratmosphäre freigesetzt und könnte kaum zurückgehalten werden. In diesem Fall spielte Bridgmanit keine Rolle bei der Stickstoffkonservierung im unteren Erdmantel. Im Gegensatz dazu kann bei Annahme von Szenario (2) Stickstoff im Magma-Ozean in mineralischen Phasen zurückgehalten werden. Miyazaki und Korenaga34 schlugen vor, dass eine effiziente Entgasung des Mantels während der Erstarrung eines Magmaozeans unwahrscheinlich ist, wenn ein rheologischer Übergang in einem teilweise geschmolzenen Medium berücksichtigt wird. Tatsächlich berichtete Abe17, dass der Ozean aus hartem Magma, der beträchtliche Mengen an Schmelze (bis zu 30–40 %) enthält, eine feststoffähnliche Viskosität aufwies. Solomatov18 berichtete auch, dass sich der Magma-Ozean wie ein Festkörper verhielt. Yoshioka et al.19 schlugen außerdem vor, dass sich der Magma-Ozean im Wesentlichen wie ein geschlossenes System verhielt, da ein solcher Magma-Ozean zu viskos für eine schnelle Konvektion über einem Schwellenwert von 40–80 % Kristallisation des Magmas ist35,36. Darüber hinaus berichteten Xie et al.37, dass sich während der Kristallisation des Magmaozeans zunächst an der Oberseite des unteren Mantels eine angereicherte Bridgmanitschicht bilden kann, die möglicherweise der Mantelvermischung durch Konvektion widerstanden hat. Tatsächlich berichteten Caracas et al.38, dass der basale Magma-Ozean, der aus kristallisiertem Bridgmanit besteht, der im Magma-Ozean schwimmt, durch die Verfestigung des Magma-Ozeans mit inkompatiblen Elementen angereichert werden könnte. Diese Berichte stützen die Idee, dass sich der untere Mantel durch die Erstarrung des Magma-Ozeans wie ein geschlossenes System verhalten könnte und Stickstoff im Magma-Ozean bis zu seiner Löslichkeit in Bridgmanit eingebaut werden könnte. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass über 99,2 % des Stickstoffs aus dem Magma-Ozean verloren gegangen sind, dessen chemische Zusammensetzung CI-chondritisch ist, bevor der Magma-Ozean hochviskos wird, kann Bridgmanit Stickstoff nicht bis zu seiner Löslichkeit bei hohen Temperaturen (~ 6,4 PAN) einfangen. Die Temperatur des terrestrischen Magmaozeans wird auf 3000–3500 K39 geschätzt, was erheblich höher ist als unsere experimentellen Temperaturbedingungen (1400–1700 °C). Die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit wurde auf etwa 2700 °C extrapoliert, was dem Schmelzpunkt von Bridgmanit bei 28 GPa40 und der niedrigsten von Bouhifd und Jephcoat39 berichteten Temperatur des Magmaozeans entspricht. Die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit wurde auf höhere Temperaturen extrapoliert, indem angenommen wurde, dass sie logarithmisch zunimmt. Wie in Abb. 5 gezeigt, kann Bridgmanit bei höheren Temperaturen wie der Erstarrung des Magmaozeans ein bedeutendes Stickstoffreservoir sein, wohingegen metallisches Eisen bei den gegenwärtig niedrigeren Temperaturen ein bedeutendes Stickstoffreservoir sein kann, um „fehlenden“ Stickstoff (18 PAN ~) zu lösen .

Insgesamt haben wir herausgefunden, dass Bridgmanit eine wesentliche Rolle bei der Erhaltung von Stickstoff während der Erstarrung des Magmaozeans der Erde spielt. Metallisches Eisen spielt auch eine wichtige Rolle bei der Stickstoffretention im unteren Erdmantel (Abb. 6). Obwohl Eisennitride als Einschlüsse supertiefer Diamanten entdeckt wurden, die aus dem unteren Erdmantel stammen7, argumentierten Speelmanns et al.41, dass diese Nitride aus dem oberen Erdmantel stammten, weil die Stickstoffverteilungskoeffizienten zwischen der Metall- und Silikatschmelze (\(D_{N}) ^{Metall\, Schmelze/Silikat\, Schmelze}\)) sind unter reduzierten Bedingungen kleiner als 1. Allerdings kann in Bridgmanit gespeicherter Stickstoff während der Mantelkühlung in metallisches Eisen diffundieren, da die Löslichkeit von Stickstoff in metallischem Eisen viel höher ist als die in Bridgmanit19.

Schematische Darstellung der Prozesse zur Bildung von Stickstoffreservoirs im unteren Erdmantel durch Erstarrung des terrestrischen Magmaozeans.

In dieser Studie haben wir experimentell die Stickstofflöslichkeiten in Bridgmanit unter reduzierten Bedingungen bestimmt, die dem flachen unteren Mantel entsprechen. Die Stickstofflöslichkeiten in Bridgmanit (MgSiO3) nahmen mit steigender Temperatur zu. Die maximalen Stickstofflöslichkeiten bei 1400 °C, 1500 °C, 1620 °C und 1700 °C betrugen 1,8 ± 0,4 ppm, 2,8 ± 0,4 ppm, 4,9 ± 0,4 ppm bzw. 5,7 ± 0,8 ppm. Darüber hinaus haben wir beobachtet, dass Bridgmanit eine wichtige Rolle bei der Speicherung von Stickstoff im heißeren frühen unteren Erdmantel spielen kann, wohingegen metallisches Eisen eine wichtige Rolle bei der Speicherung von Stickstoff im derzeit kälteren unteren Erdmantel spielen kann. Die Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit zeigte keinen deutlichen Anstieg mit zunehmendem Al2O3-Gehalt. Die erhaltenen Ergebnisse legen nahe, dass Bridgmanit durch die Erstarrung des Magmaozeans Stickstoff im unteren Mantel speichert und metallisches Eisen den von Bridgmanit im unteren Mantel zurückgehaltenen Stickstoff erben kann. Um die Stickstoffspeicherkapazität des unteren Mantels genauer zu bewerten, müssen wir Experimente bei höheren Drücken durchführen und die Stickstofflöslichkeit in Ferroperiklase bestimmen, das in Zukunft am zweithäufigsten im unteren Mantel vorkommt.

Es wurden zwei Arten von Ausgangsmaterialien hergestellt: Pulvermischungen aus (a) MgO und SiO2 (Quarz), die der idealen Bridgmanit-Zusammensetzung entsprechen; (b) Al2O3, MgO, Mg(OH)2 und SiO2 für eine Al-haltige Bridgmanit-Zusammensetzung (siehe Ergänzungstabelle 1). 15N-substituiertes Ammoniumnitrat (15NH415NO3, Isotopenreinheit > 99,6 %, SHOKO SCIENCE Corp.) wurde als Stickstoffquelle verwendet, um den in den Mineralproben enthaltenen Stickstoff von der durch die experimentellen Verfahren verursachten Stickstoffverunreinigung zu unterscheiden. Es wird angenommen, dass die Stickstoffverunreinigung durch Luftstickstoff während der Probenahme oder durch das zum Einbetten der Probe verwendete Harz entsteht. Die Kontamination durch atmosphärisches 15N ist vernachlässigbar, da die natürliche Häufigkeit von 15N mehr als zwei Größenordnungen geringer ist als die von atmosphärischem 14N (15N/14N = 3,65 × 10–3). Die Ausgangsstoffe und 15NH415NO3 waren in einer Platinkapsel eingeschlossen. Das Massenverhältnis der Ausgangsstoffe zur Stickstoffquelle betrug bei jedem Experiment etwa 5:1 (das Molverhältnis der Ausgangsstoffe zur Stickstoffquelle betrug ebenfalls etwa 5:1). Das Ausgangsmaterial wurde von 15NH415NO3 mittels Goldfolie mit einer Dicke von 30 μm in Lauf Nr. OS3083 getrennt. In den anderen Läufen wurden das Ausgangsmaterial und 15NH415NO3 gemischt.

Hochdruck- und Hochtemperaturexperimente wurden mit einer 2000-Tonnen-Multi-Amboss-Apparatur vom Kawai-Typ (Orange-2000) und einer 3000-Tonnen-Multi-Amboss-Apparatur vom Kawai-Typ (Orange-3000) durchgeführt, die im Geodynamics Research Center der Ehime University installiert waren (GRC), Japan. Der Orange-2000 wurde nur für Lauf Nr. OS3083 verwendet, während alle anderen Experimente mit dem Orange-3000 durchgeführt wurden. Alle Experimente wurden bei 28 GPa durchgeführt und die Temperaturen betrugen 1400 °C, 1500 °C, 1620 °C bzw. 1700 °C (siehe auch Ergänzungstabelle 2). Das Verhältnis zwischen Druck und Belastung wurde vorab kalibriert. Die Heizdauer betrug für alle Experimente 2 Stunden. Es wurden Wolframkarbidambosse (Fujilloy F08) mit 4 mm abgeschnittener Kantenlänge (TEL) verwendet. Die in dieser Studie verwendete Zellanordnung ist in Abb. 7 dargestellt. Eine Platinprobenkapsel wurde von einem Fe-FeO-Puffer (Eisen-Wüstit-Puffer) umgeben, um die Sauerstoffflüchtigkeit zu reproduzieren, die dem Zustand des unteren Mantels entspricht30,42,43. Für den Fe-FeO-Puffer verwendeten wir 150-Mesh-Eisenpulver und Eisenoxidpulver (FeO) mit 8 μm oder 200 Mesh [Fe:FeO = 2:1 (Gew. %)]. Anschließend wurden 20–50 μl Wasser zu 0,5 g Fe-FeO-Puffer gegeben. Die Platinkapsel war in einer äußeren Goldkapsel eingeschlossen. Die beiden Goldkapseln wurden mit einer Magnesiahülse mit einer Dicke von 25 μm vom Re-Heizer isoliert. Die Temperatur wurde mit einer Genauigkeit von ± 5 °C mithilfe eines W-Re-Thermoelements (W3%Re-W25%Re) gemessen, das in das Oktaeder eingeführt und an den Goldkapseln befestigt wurde. Aufgrund der hohen Wasserstoffdurchlässigkeit von Platin im Vergleich zu Gold wurde angenommen, dass die Wasserstoffflüchtigkeit in der inneren und äußeren Kapsel gleich ist. 15NH415NO3 zerfällt bei hohen Temperaturen in 15N2O und H2O, und es wird erwartet, dass 15NH3 in der 15N-H-O-Flüssigkeit unter reduzierten Bedingungen gebildet wird, gepuffert durch Fe-FeO in einer inneren Platinkapsel.

Schematische Darstellung des Zellaufbaus, der in Hochdruck- und Hochtemperaturexperimenten unter Verwendung einer Multi-Amboss-Apparatur verwendet wurde. Als thermischer Isolator diente eine LaCrO3-Hülse (braun). Eine Probenkapsel aus Platin (hellgrau) wurde hergestellt, indem zwei Platinrohre mit einer Wandstärke von 0,1 mm und Außendurchmessern von 1,3 mm bzw. 1,5 mm durch Verschweißen jedes Endes der Kapseln kombiniert wurden. Aus einem Goldrohr mit 0,1 mm Wandstärke und 2,5 mm Außendurchmesser wurde eine Goldkapsel (gelb) hergestellt.

Rückstreuelektronenbilder (BSE) der gewonnenen Proben wurden mit FE-SEM (JSM-7000F; JEOL) aufgenommen, das am Department of Earth and Planetary Science der Universität Tokio installiert ist. Die chemischen Zusammensetzungen der abgeschreckten Mineralien wurden mit dem SEM-EDS (JSM-7000F; JEOL) bei 15 kV und 87,4–130,4 μA vor und nach der SIMS-Analyse analysiert. Die Abweichung der Mg/Si-Verhältnisse von Bridgmanit aus der SEM-EDS-Analyse wurde durch FE-EPMA (JXA-8530F; JEOL) korrigiert, das am Department of Earth and Planetary Science der Universität Tokio installiert wurde. Für die FE-EPMA-Analyse wurden sechs Arten von Standards verwendet: Granat, Enstatit, Augit, Plagioklas, San Carlos-Olivin, Titanaugit-Olivin-Basalt und JB-1 (Silikatgesteinsstandards des Geological Survey of Japan44).

Um die Mineralphasen zu bestimmen, wurden Raman-Spektren mit einem Mikro-Raman-Spektrometer erhalten, das am Geochemical Research Center der Universität Tokio installiert war, wobei ein Ar-Ionenlaser mit einer Wellenlänge von 514,5 nm und einer Leistung von 6 mW zur Anregung verwendet wurde. Die Strahlgröße betrug etwa 2 μm im Durchmesser und die Belichtungszeit betrug 30 s.

Die quantitative Analyse des Stickstoffs in Bridgmanit wurde mit hochauflösendem SIMS (1280 HR2, CAMECA) durchgeführt, das am Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques der Université de Lorraine installiert ist. Die gewonnenen Proben wurden poliert; diejenigen in den Al-freien und Al-haltigen Systemen waren goldbeschichtet. Der primäre Ionenstrahl war ein 10 keV Cs+-Strahl mit einem Strom von ~ 10 nA und einer Punktgröße von ~ 40 μm. Zur Ladungskompensation während der Analyse wurde eine Elektronenkanone mit normalem Einfall verwendet. Die Massenauflösung (m/Δm) betrug ≈ 13.000 und die Rastergröße betrug 5 μm × 5 μm. Die Proben wurden 180 s lang in Rastern von 10 μm × 10 μm vorgesputtert, um die Oberflächenkontamination zu minimieren. An verschiedenen Massenstationen (Massen 30, 31 und 32) wurden Punktanalysen negativ geladener Ionen durchgeführt. Für die Stickstoffhäufigkeitsmessungen wurde das 15N16O−-Molekülion 25 Zyklen lang mit einem axialen Elektronenvervielfacher analysiert. Die Zählzeiten für den Nachweis von 27Al−, 30Si−, 14N16O−, 15N16O− und 16O2− durch Peak-Sprung betrugen 4 s, 4 s, 6 s, 20 s bzw. 4 s, und die Gesamtanalysezeit betrug etwa 30 Mindest. Die Stickstoffkonzentrationen wurden aus dem Sekundärionenintensitätsverhältnis 15N16O–/16O2– für Bridgmanit unter Verwendung einer Kalibrierungslinie ermittelt, die aus acht synthetischen Basaltgläsern mit bekanntem Stickstoffgehalt erhalten wurde (siehe ergänzende Abbildung 2). Matrixangepasste und homogene Standards mit variablen N-Gehalten sind in keinem SIMS-Labor verfügbar; Es wurde jedoch gezeigt, dass diese Methode Stickstoff (14N)-Häufigkeiten in Silikatgläsern mit variablen Zusammensetzungen (d. h. NBO/T) liefert, die selbst bei niedrigen N-Gehalten (≤ 1 ppm) hervorragend mit denen übereinstimmen, die mit statischer Massenspektrometrie erhalten wurden )46. Daher werden bei Gläsern etwaige Matrixeffekte auf die Ausbeute an sekundären Molekülionen (NO− und O2−) als vernachlässigbar angesehen. Aufgrund der hohen Massenauflösung gelang es uns, 15N16O−- und 29SiH2−-Ionen zu trennen, wie in der ergänzenden Abbildung 1 gezeigt, und den N-Gehalt direkt anhand der Ionenzahlen von 15N16O−-Ionen abzuschätzen. In dieser Studie ergab Bridgmanit mit der niedrigsten Stickstofflöslichkeit von 1,6 ± 0,4 ppm eine durchschnittliche 15N16O−-Ionenzählrate von 8,3 cps. Diese Zählrate war viel höher als die des EM-Hintergrunds (< 1 cps). Luftstickstoff kann Ausgangsmaterialien während der Verkapselung verunreinigen. Nach dem Experiment kann auch Stickstoff, der aus dem für die Probenhalterungen verwendeten Harz stammt, die gewonnenen Proben verunreinigen. Stickstoff war der Hauptbestandteil des in unserer Studie verwendeten Harzes. Bei der Stickstoffanalyse waren die Zielpartikel (> 80 µm) deutlich größer als die Strahlgröße (20 µm), wodurch Korngrenzen vermieden wurden. Das 14N16O−-Signal wurde ebenfalls überwacht und es wurde gefolgert, dass die Konzentration von 15N, die aus atmosphärischer Kontamination stammt, kleiner als die analytischen Fehler war und unter Berücksichtigung des natürlichen Stickstoffisotopenverhältnisses (15N:14N = 0,0036:0,9964) vernachlässigbar war.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

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Die Autoren danken Dr. Hideto Yoshida, Dr. Hirotada Gotou und Dr. Masamichi Noda für ihre technische Unterstützung. Diese Studie wurde durch JSPS KAKENHI Grants unterstützt: 15K13600, 15H05828, 18H05224, 18J21771 und 22K14123. Diese Arbeit wurde auch durch das Joint Usage/Research Program (2016A43, 2017A35, 2018A32 und 2019A29) von PRIUS, Ehime University, unterstützt. CD und EF wurden vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (Fördervereinbarung Nr. 715028 an EF) unterstützt.

Sho Kakizawa

Aktuelle Adresse: Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Hyogo, 679-5198, Japan

Yuji Sano

Aktuelle Adresse: Center for Advanced Marine Core Research, Kochi University, Nankoku, Kochi, 783-8502, Japan

Cécile Deligny

Derzeitige Adresse: Abteilung für Geowissenschaften, Schwedisches Naturhistorisches Museum, Stockholm, Schweden

Geochemisches Forschungszentrum, Graduate School of Science, Universität Tokio, Hongo, Tokio, 113-0033, Japan

Ko Fukuyama und Hiroyuki Kagi

Geodynamisches Forschungszentrum, Ehime-Universität, Matsuyama, Ehime, 790-5877, Japan

Ko Fukuyama und Toru Shinmei

Abteilung für Erd- und Planetensystemwissenschaften, Universität Hiroshima, Higashi-Hiroshima, Hiroshima, 739-8526, Japan

Toru Inoue & Sho Kakizawa

Institut für Atmosphären- und Ozeanforschung, Universität Tokio, Kashiwa, Chiba, 277-8564, Japan

Yuji Sano

CNRS, CRPG, Universität Lothringen, 54000, Nancy, Frankreich

Cecile Deligny und Evelyn Fury

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KF und HK haben die Forschung entworfen. KF führte Hochdruck- und Hochtemperaturexperimente durch. TSYS entwickelte eine Methode zur Messung der Stickstoffkonzentration mithilfe von SIMS. TI, SK, HK und KF steuerten neue experimentelle Methoden bei. EF, CD, HK und KF führten eine SIMS-Analyse durch. KF und HK haben das Manuskript unter Mitwirkung aller Autoren verfasst.

Korrespondenz mit Ko Fukuyama oder Hiroyuki Kagi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Fukuyama, K., Kagi, H., Inoue, T. et al. Temperaturabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Bridgmanit und Entwicklung der Stickstoffspeicherkapazität im unteren Erdmantel. Sci Rep 13, 3537 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30556-5

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Eingegangen: 25. November 2022

Angenommen: 24. Februar 2023

Veröffentlicht: 02. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30556-5

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