地球的大氣層和地幔氧化態是如何變化的？行星內部和表面之間的聯繫對於理解行星表面環境的形成起著關鍵作用。岩石行星地幔中鐵（Fe2+）和鐵（Fe3+）的分佈決定了地幔的氧化狀態。這反過來又影響火山氣體的成分和地幔儲存揮發物的能力，包括氫和碳等生命必需的關鍵元素。

早期地球地幔的高度氧化可能導致了類似金星的地表環境。上地幔目前的狀態可能受到了地球形成後加入的金屬鐵的影響。因此，在地幔形成後立即確定地幔中Fe2+ 和Fe3+ 的分佈情況，對了解生命出現前的地表環境和宜居行星的起源至關重要。圖片下部的暗區顯示的是結晶的橋粒石，上部的樹枝狀紋理顯示的是淬火熔體。資料來源：愛媛大學地球動力研究中心

前期研究和新發現在之前的研究中，科學家們發現地球的岩漿海洋比現在的上地幔富含更多的Fe3+，因此具有高度氧化性（Kuwahara 等人，2023 年，Nat. Geosci.）。由此產生了一個問題： 上地幔的氧化態是如何降低到我們今天所觀察到的程度的呢？為了找到答案，科學家們探索了在岩漿海洋的結晶階段，Fe3+融入下地幔的可能性。研究結果表明，與共存的岩漿相比，下地幔最主要的礦物橋粒石的結晶過程中不會優先融入Fe3+。這表明，如果地球的岩漿海洋富含Fe3+，那麼早期地球的上地幔也是高度氧化的。這種高氧化地幔中的揮發物脫氣形成的大氣會富含二氧化碳和二氧化硫，從而形成類似金星的地表環境。由於岩漿海洋結晶過程無法降低上地幔的氧化態，作者提出了地球形成後晚期生成物質中所含金屬鐵降低上地幔氧化態的看法。事實上，根據地幔中高度親鐵（親鐵）元素的豐度，晚期增生物質所提供的金屬鐵的數量與將上地幔的氧化態降低到現在所需的數量相當。要驗證這一假設，還需要對地幔的氧化態進行進一步的地質制約。