地球の中心にある鉄分を豊富に含む核は、地球の進化において極めて重要な役割を果たしている。核は、大気と海洋を太陽放射から守る磁場を生み出すだけでなく、プレートテクトニクスを駆動し、大陸を絶えず再形成している。
その重要性にもかかわらず、地球の核の多くの基本的な性質は依然として謎に包まれている。核は実際どれくらい高温なのか、何でできているのか、そしていつ凍結し始めるのか。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ることに近づいた。
地球内部の核の温度は、約5,000ケルビン（4,727℃）と推定されている。核は当初は液体の状態であったが、時間の経過とともに徐々に冷却され、固体へと結晶化し、外側へと膨張していく。この熱放出によって、プレートテクトニクスによる地殻変動が生じる。
冷却は地球の磁場の源でもある。今日の磁気エネルギーの大部分は、液体の外核が凍結することによって維持されており、それが中心部の固体核にエネルギーを供給している。
しかし、直接観測することは不可能であるため、科学者たちは核の冷却メカニズムや特性を理解するために推定値に頼らざるを得ない。これを明確にする上で最も重要な要素は、核の融点を特定することである。
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どこにあるのか正確に分かっています。この境界の温度は融点であり、凝固が始まる点でもあります。
したがって、融点を正確に測定できれば、人類は地球の核の真の温度とその内部の化学組成についてより深く理解できるようになるだろう。
謎めいた化学
地球の核の構成を理解するには、主に2つのアプローチがある。隕石を研究することと、地震データを分析することである。
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、おそらく数パーセントのケイ素や硫黄が含まれていることが示唆されています。しかし、このデータは予備的なものであり、決定的な結論を導き出すには十分な詳細さではありません。
一方、地震学はより具体的な視点を提供してくれる。地震によって発生する地震波は、地球内部を伝わる際に、通過する物質の種類によって速度が変化する。科学者たちは、地震波が観測所に到達するまでの時間と、鉱物や金属における伝播速度に関する実験結果を比較することで、地球内部の構造モデルを構築することができる。
研究結果によると、地球の核は純鉄よりも約10%軽いことが分かった。特筆すべきは、液体状態にある外核が内核よりも密度が高いという矛盾であり、これは何らかの異質な元素の存在によってのみ説明できる。
しかし、考えられる組成を絞り込んだ後でも、問題は解決されないままである。異なるシナリオでは融点が数百℃も異なるため、核の特性を正確に決定することは困難である。
新たな制限
新たな研究において、科学者たちは鉱物学を用いて地球の核がどのように凍結し始めたのかを解明した。これは気象学や地震学よりも具体的なアプローチである。
シミュレーションによると、液体金属中の原子が結晶化して固体になる際、合金の種類によって必要な「過冷却」の度合い（融点以下に冷却される度合い）が異なる。このプロセスが強いほど、液体は凝固しやすくなる。
例えば、冷凍庫の中の水は-5℃という極低温を何時間も保つことができるが、雲の中の水滴は-30℃ではわずか数分で雹に変わってしまう。
計算によると、核の最大過冷却温度は融点より約420℃低い値である。この温度を超えると、核内部は地震データと比較して異常に大きくなる。一方、純鉄が結晶化するには1,000℃が必要であり、その温度に達するまでに核全体が固化してしまうため、これは不可能である。
シリコンや硫黄を添加しても効果はなく、むしろ炉心をさらに過冷却する必要が生じる可能性さえある。
炭素の存在を考慮に入れると、初めてこの図が意味を成す。核の質量の2.4%が炭素だとすると、内核を凍結させるには約420℃が必要となる。炭素が3.8%になると、この温度は266℃にまで低下する。これははるかに妥当な数値である。これは、炭素が核の結晶化過程において重要な役割を果たしていることを示唆する最初の証拠である。
しかし、核は鉄と炭素だけで構成されているはずがなく、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いる。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ある。
出典：https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm
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