シミュレーションによると、地球の核には海洋45個分に相当する水素が貯蔵されている

最近の科学的発見は、地球の内部組成と生命を支える揮発性元素の起源についての理解を再定義することを約束しています。研究者らは、地球の核には膨大な水素が貯蔵されている可能性があり、その推定体積は地球表層の海洋すべてに含まれる水の量を合わせた量の 9 倍から 45 倍の間で変動する可能性があることを特定しました。この結論は、地球の中心に存在する極端な圧力と温度の条件をシミュレートした高度な実験から導き出されています。

データは、水素が液体の水の形で存在するのではなく、核を構成する金属合金に溶解していることを示しています。この元素は、惑星の中心領域の総質量の 0.07% から 0.36% に相当すると推定されています。この濃度は、パーセンテージで見ると小さいように見えますが、惑星規模で考えると膨大な量の物質に相当し、地球の内部は以前に提案された地質モデルよりも軽元素がはるかに豊富であることを示唆しています。

この研究は、約45億年前に起こった惑星形成に関する重要な理論を裏付けるものである。証拠は、地球がまだ質量を蓄積し、その層を区別していた間に、その形成の初期段階で水と水素が惑星に取り込まれたことを示唆しています。これは、水の大部分が後期砲撃として知られる時期に彗星や小惑星の衝突によって運ばれて、より遅れて到着したであろうという仮説に矛盾する。

実験室での極限状態のシミュレーション

これらの結果を達成するために、地球宇宙科学部の科学者チームは高圧チャンバーを使用して地球の核の過酷な環境を再現しました。これらのシミュレーションでは、深さ数千キロメートルで発生するのと同様の巨大な圧縮を受けたときの水素とシリコンの挙動が分析されました。目的は、これらの元素が原子核の主成分である鉄とどのように相互作用するかを観察することでした。

テストの結果、これらの特定の条件下では、水素は溶融鉄に容易に溶解する傾向があり、結果として得られる鉱物構造に「閉じ込められた」ままであることが明らかになりました。この溶解プロセスにより、元素を深部に捕捉する安定した化合物が生成され、マントルや地殻への元素の流出を防ぎます。この方法論により、現在の技術では取得することが不可能な直接の物理サンプルを必要とせずに、コアのストレージ容量を計算することが可能になりました。

この研究では、比較アプローチを使用してデータを検証しました。

– 保守的なシナリオでは、地球の海洋 9 個分に相当する水素の量が示されています。

– 最大飽和シナリオは、海洋 45 個に相当する体積を示唆しています。

– 変動は、金属混合物中に存在するシリコンなどの他の軽元素の割合に直接依存します。

– シミュレーションで観察された最終密度は、地球の核の現在の地震学的測定値と一致します。

地質学的および磁気進化への影響

核内に大量に存在する水素は、惑星の内部力学と地球磁場の生成に直接的な影響を及ぼします。液体状態の金属で構成される外核は、移動して電流を発生させ、その結果、地球を太陽放射から守る磁気シールドを形成します。水素などの軽元素の導入により、この流体の密度と粘度が変化し、この自然の地球ダイナモの効率と安定性に影響を与えます。

さらに、プレートテクトニクスと火山活動の原因となる地球のマントル内の対流運動は、核から熱的および化学的寄与を受けます。深部内部の熱力学は水素の存在によって影響を受け、廃熱の放出が促進され、純鉄とニッケルだけで構成されている場合よりも炉心をより長く活性状態に保つことができます。この力学は、地球上の水と揮発性物質の循環が、地表と深層を接続する統合システムであるという見解を裏付けています。

長年にわたる地震学的観測により、地球の核の密度は純粋な鉄の球であるべき密度よりわずかに低いことがすでに示されています。 「密度欠損」として知られるこの現象は、地球物理学者の興味をそそりました。水素が主要な合金元素として機能することを確認することで、この謎に対する洗練された解決策が提供され、現在受け入れられている密度モデルのギャップが埋められます。

地表貯留層と深層貯留層の違い

表面に見られる水素の性質と核に貯蔵されている水素の性質を区別することが重要です。海洋では、水素が酸素と結合して液体状態の水分子 (H2O) を形成します。核内では、数百万気圧を超える圧力下で金属状態で存在するか、鉱物に溶解しています。それは航行可能な地下海ではなく、岩石と金属のマトリックスに統合された原子貯蔵庫です。

科学者らはこの発見を、リングウッダイトなどの鉱物が結晶構造の中に水を保持する能力を持つマントル内の他の既知の貯留層と比較している。しかし、核の潜在的な体積はこれらのマントル埋蔵量をはるかに超えており、中心領域は地球上で最大の水素鉱床として確固たるものとなっています。今後の研究では、密度異常をより正確にマッピングするために、新しい地震学技術を使用してこれらの推定値を改良することが求められます。

形成以来のこの「湿った地球」モデルの検証により、惑星の居住可能性についての見方が変わります。水が岩石惑星の形成中に核に統合される成分であるならば、他の太陽系の系外惑星も膨大な水素を内部埋蔵している可能性があり、それが大気に影響を与え、地質時代数十億年にわたって生命が宿る可能性がある。