地球の液体外核の炭素量に制約 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20151124_2/


要旨

理化学研究所（理研）放射光科学総合研究センター バロン物質ダイナミクス研究室の中島陽一特別研究員、アルフレッド・バロン准主任研究員と、東京工業大学地球生命研究所の廣瀬敬教授らの共同研究チームは、炭素を含んだ液体鉄炭素合金の縦波速度[1]を70万気圧、2,800ケルビン（K）という超高圧高温下で測定し、地球の液体外核[2]では炭素に極めて乏しいことを発見しました。

地球の中心には半径3,500kmの金属核があります。金属核は2層構造となっており、中心部分は固体の内核（固体鉄合金）があり、その外側を液体の外核（液体鉄合金）が囲んでいます。液体外核は金属核の質量の95％を占め、その主成分は鉄で、その他に水素や炭素、酸素、ケイ素、硫黄といった軽い元素が合計で10wt％（重量％[3]）程度溶け込んでいることが分かっています。しかし、それぞれの元素がどのくらいの割合で溶け込んでいるかは分かっていません。金属核は最も浅い部分でも地表から2,900kmの深さに位置し、その成分を直接調べることは困難です。液体外核の成分の手がかりとなるのは、地震波観測から得られる縦波速度、密度といった物理量に限られています。実際の液体外核の環境を実験室で再現し、液体金属合金の縦波速度を測定して、地震波観測の縦波速度と比較することができれば、その成分を知ることができます。しかし、地球の内部は超高圧高温の世界で、液体外核の最上部で135万気圧以上、4,000K以上になるため、こうした極限条件を実験室で再現し、液体鉄合金の物性を測定することは困難でした。

共同研究チームは、試料を高圧高温状態にして融解させるレーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル装置[4]と大型放射光施設「SPring-8[5]」に設置されている、微小な原子の振動を検出できる高分解能非弾性X線散乱分光器[6]を使って液体鉄炭素合金を作成し、縦波速度を70万気圧、2,800Kという超高圧高温下で測定することに成功しました。その結果、液体外核には、炭素が最大で1.2wt％しか存在していないことが明らかになりました。これにより、液体外核の10 wt％程度を占める軽い成分の多くは、炭素以外の元素で占められていることが分かりました。液体外核に含まれる軽い元素の種類と量を特定できれば、地球磁場を生成していると考えられる核ダイナモ[7]のメカニズムや、地球形成時の金属核分離時の状況などの理解が一層進むと期待できます。

本研究は、国際科学雑誌『Nature Communications』（11月24日付け：日本時間11月24日）に掲載されます。


（以下略）