画期的な研究により、地球の表面からの水が核に到達し、その組成が変化することが明らかになり、核とマントルの間のより活発な相互作用と、より複雑な地球規模の水循環が示唆されています。数十年前、地球の深部を画像化した地震学者が、厚さわずか数百キロメートルの薄い水の層を発見しました。これまで、「地球圏」として知られるこの薄い層の起源は謎でした。
アリゾナ州立大学の科学者ダン・シム氏とテヒョン・キム氏、そして地球宇宙探査学部のジョセフ・オルーク氏を含む国際研究チームは、地球の表面からの水が惑星の奥深くまで浸透し、金属液体コアの最外側領域の組成を変化させ、独特の薄い層を形成する可能性があることを明らかにした。
彼らの研究結果は、11月13日に学術誌「Nature Geoscience」に掲載された。
研究によると、何十億年にもわたって、地表水がプレートの下降または沈み込みによって地球の奥深くまで運ばれてきたことがわかっています。地表から約 1,800 マイル下にある核とマントルの境界に到達すると、この水は深部の化学プロセスを引き起こし、核の構造を変化させます。
コアとマントルの境界における化学相互作用
シム氏と彼のチームは、韓国の延世大学のヨンジェ・リー氏とともに、高圧実験を用いて、沈み込み水が地球の核物質と化学反応することを実証した。この反応により、水素が豊富でシリコンが少ない層が形成され、上部の外側コア領域が膜状構造に変化します。さらに、反応によって生成されたシリカ結晶が上昇し、マントルに溶け込みます。この変化した液体金属の層は密度が低くなり、地震速度が低下すると予測されており、これは地震学者がマッピングした異常な特徴と一致しています。
「長年、核とマントルの間の物質の交換は少ないと考えられていました。しかし、最近の高圧実験で違うことが分かりました。水が核とマントルの境界に到達すると、核内のケイ素と反応してシリカを形成することが分かりました。」この発見は、極度の圧力下で水が溶鉄中の炭素と反応してダイヤモンドを形成するというこれまでの観察と併せて、核とマントルの間の相互作用がより活発であり、大量の物質交換が行われていることを示唆している。
この発見は、地球の内部プロセスについての理解を前進させ、地球規模の水循環がこれまで認識されていたよりも広範囲に及ぶことを示しています。変化した核の「膜」は、地表水の循環と深部の金属核を結び付ける地球化学サイクルに重大な影響を及ぼします。