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できているわけではないようですが、炭素も含まれているようです。新たな研究によると、酸素とケイ素も含まれていることがわかりました（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。核は磁場（太陽放射から大気と海洋を守る盾）のエネルギー源であるだけでなく、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。どれほど熱いのか、何でできているのか、そしていつ凍り始めたのか？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。当初は液体であった内核は、時間の経過とともに冷え、内部の固体が結晶化し、外側へ膨張します。この熱放出によってプレートテクトニクスの流れが生じます。

地球の磁場の源もこの冷却にあります。今日の磁気エネルギーの多くは、固体の中心核にエネルギーを供給する液体の外核の凍結によって維持されています。

しかし、直接アクセスできないため、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。それを明らかにする上で最も重要な要素は、その融点を決定することです。

地震学（地震波の研究）のおかげで、固体核と液体核の境界がどこにあるかを正確に知っています。この境界の温度は融点、つまり凍結が始ま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、人々は核の真の温度とその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い惑星の「残骸」、あるいは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混ざっていると考えられます。しかし、これら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、地震学ははるかに詳細な視点を提供します。地震による地震波は、通過する物質に応じて地球を伝播する速度が異なります。観測点における地震波の到達時刻と、鉱物や金属中の伝播速度の実験結果を比較することで、科学者は地球内部の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%軽いことを示しました。特に、液体の外核は固体の内核よりも密度が高いという矛盾は、微量元素の存在によってのみ説明できます。

しかし、考えられる組成の範囲を絞り込んだとしても、謎は未だ解明されていない。異なるシナリオでは融点が数百度も異なるため、コアの正確な特性を特定することは困難である。

新たな制限

新たな研究では、科学者らは鉱物物理学を用いて地球の核がどのようにして凍り始めたのかを理解しようとした。これは気象学や地震学よりもさらに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へと結晶化する際には、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、液体が凍結する可能性が高くなります。

たとえば、冷凍庫内の水は凍結するまでに数時間、-5°C まで過冷却される可能性があり、一方、雲の中の水滴は -30°C ではわずか数分で雹に変わる可能性があります。

計算によると、コアの最大過冷却度は融点より約420℃低いことが示唆されています。もしこれを超えると、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、コア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、コアがさらに過冷却する可能性があります。

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、内核が凍結するには約420℃かかる。3.8%の炭素の場合、その温度は266℃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に重要な役割を果たしていることを示す最初の証拠である。

しかし、地震データには少なくとももう1つの元素が必要であるため、核は鉄と炭素だけで構成されているとは考えられません。研究によると、核には酸素、さらにはケイ素も含まれている可能性があります。

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