地球の核には何が含まれていますか?

Lõi Trái Đất chứa đựng những gì? - 1 — 地球の核は鉄だけではないようです。炭素も含まれているようです。新たな研究により、酸素とケイ素も含まれていることが判明しました（写真：ゲッティイメージズ）。

地球の中心にある鉄を豊富に含む核は、地球の進化において重要な役割を果たしています。磁場（太陽放射から大気と海洋を守るシールド）のエネルギー源となるだけでなく、プレートテクトニクスを駆動し、大陸を絶えず変化させています。

核の重要性にもかかわらず、その基本的な性質の多くは依然として謎に包まれています。実際、核はどれくらい熱いのか、何でできているのか、そしていつ凍り始めるのか？最近の発見により、科学者たちはこれら3つの疑問すべてに答えを出すことに近づきました。

内核の温度は約5,000ケルビン（4,727℃）と推定されています。最初は液体の状態でしたが、時間の経過とともに徐々に冷え、固体成分へと結晶化し、外側へ膨張します。この熱放出によってプレートの流れが発生します。

地球の磁場の源も冷却です。今日の磁気エネルギーの多くは、液体の外核が凍結することで維持されており、これが中心の固体核にエネルギーを供給しています。

しかし、直接アクセスすることは不可能であるため、科学者はコアの冷却メカニズムと特性を理解するために推定に頼らざるを得ません。これを明らかにする上で最も重要な要素は、コアの融点を特定することです。

地震学（地震波を研究する科学）のおかげで、固体核と液体核の境界が正確にどこにあるのかが分かっています。この境界の温度は融点、つまり凍結の始まりとなる温度でもあります。

したがって、融点を正確に決定できれば、人類は核の真の温度と内部の化学組成をよりよく理解できるようになります。

不思議な化学

地球の核の組成を理解するには、隕石の研究と地震データの分析という 2 つの主なアプローチがあります。

隕石は、まだ形成されていなかった惑星の「残骸」、あるいは既に破壊された惑星の核の破片と考えられています。その化学組成から、地球の核は主に鉄とニッケルで構成されており、おそらく数パーセントのケイ素または硫黄が含まれていると考えられます。しかし、このデータはあくまでも予備的なものであり、決定的な証拠となるほど詳細なものではありません。

一方、地震学はより具体的な見解を提供します。地震の地震波は地球を伝播する際に、通過する物質の種類に応じて速度が変化します。地震波が観測点に到達するまでの時間と、鉱物や金属中の伝播速度に関する実験結果を比較することで、科学者は地球の内部構造モデルを構築することができます。

結果は、地球の核が純粋な鉄よりも約10%軽いことを示しています。注目すべきは、液体状態にある外核が内核よりも密度が高いことです。これは、何らかの異質元素の存在によってのみ説明できる矛盾です。

しかし、考えられる組成を絞り込んだ後も、問題は未解決のままです。シナリオによって融点が数百度も異なるため、コアの特性を正確に特定することは困難です。

新たな制限

新たな研究で、科学者たちは鉱物学を利用して地球の核が凍り始めた経緯を解明した。これは気象学や地震学よりもより具体的なアプローチだ。

シミュレーションによると、液体金属の原子が固体に結晶化する際に、合金ごとに異なるレベルの「過冷却」、つまり融点よりも低い温度まで冷却する必要があることが示されています。このプロセスが強力であればあるほど、液体は凍結しやすくなります。

たとえば、冷凍庫内の水は凍結するまでに数時間にわたって -5°C という非常に冷たい状態を保つことができますが、雲の中の水滴は -30°C ではわずか数分で雹に変わります。

計算によると、核の最大過冷却温度は融点より約420℃低いことが示されています。この温度を超えると、内核は地震データと比較して異常に大きくなります。一方、純粋な鉄が結晶化するには1,000℃が必要ですが、その温度に達するまでに核全体が固まってしまうため、これは不可能です。

シリコンや硫黄を追加しても効果はなく、コアをさらに過冷却する必要があるかもしれません。

炭素を考慮すると、初めてこの図が意味を成す。コアの質量の2.4%が炭素だとすると、内核を凍結させるには約420℃が必要だが、3.8%の炭素を含むと、この温度は266℃にまで下がる。これははるかに妥当な数字だ。これは、炭素がコアの結晶化プロセスにおいて重要な役割を果たしていることを示唆する初めての証拠である。

しかし、地震データは少なくとももう1つの元素の存在を示唆しており、核が鉄と炭素だけで構成されているはずがありません。研究によると、核には酸素、あるいはケイ素さえも含まれている可能性が示唆されています。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm