地球の核がなぜ漏れているのかの謎を解く

新たな研究によると、科学者たちは、核融合炉の潜在的な燃料源として関心を集めている希少元素であるヘリウム3が地球の中心核から漏れ出ている仕組みの謎を解明したかもしれないと考えている。

この研究は、この古代の物質が酸化マグネシウムとの反応により、地球の中心核から外層であるマントルと地殻に浸透したことを示唆している。

この発見は、地球の神秘的な内部を探るのに役立つだけでなく、地球上で生命がどのように誕生したか、そして宇宙の他の場所に生命が存在するかどうかを知るのに役立つかもしれない。

ヘリウム 3 はヘリウム元素の同位体であり、その原子核には 2 個ではなく 1 個の中性子しか存在しません。ヘリウム 3 のほとんどは宇宙の形成直後に形成されたため、宇宙よりもわずかに「若い」だけです。

この初期の起源を超えて、ヘリウム3は、無制限のクリーンエネルギーを提供できる可能性のある形態を研究している核融合に取り組んでいる科学者にとって注目の話題です。ヘリウム3はその特性上、核融合反応の燃料源としての可能性を秘めています。その理由の1つとして、科学者たちは月に「取り残された」ヘリウム3を採掘する方法を研究している。

約45億年前、地球がガスと塵から形成され始めたとき、原始ヘリウム3が混ざり合いました。その結果、この同位体の大きな貯蔵庫は、私たちの足元から約 2,900 km 下にある地球の中心核に閉じ込められています。ヘリウム3は地球の表面では稀だが、海洋の火山岩の中に痕跡が見つかることから、このガスが核から逃げ出す未知のメカニズムが存在することが示唆されている。

現在、2人の科学者が、地球の中心核に多く存在する酸化マグネシウム（MgO）と呼ばれる鉱物が、ヘリウム3が中心核から地殻やその先へ漏れるのを助けている可能性があると提唱している。

この研究は、希少元素であるヘリウム3が地球の中心核からどのように逃げ出したかを説明するだけでなく、「中心核内のプロセスを調査する道筋」も提供し、地球がどのようにして生命の住処となったのかを解明するのに役立つ。これは、Nature Geoscience誌に掲載された新しい研究で報告されています。

研究著者であるプリンストン大学（米国）と広州化石地質学研究所（中国）の地球物理学者、Jie Deng氏とZhixue Du氏によると、核には原始同位体ヘリウム3が含まれていると考えられているため、ヘリウムは地球深部でのプロセスの重要な指標と考えられている。

「しかし、ヘリウムが地球の中心核からマントルにどうやって移動するのかは不明だ」と研究チームは述べた。

「ここでは、ヘリウムが核とマントルの境界で容易に酸化マグネシウムに入ることを計算によって示しています」と研究者らは説明する。これは、核から逃げ出した酸化マグネシウムが、大量のヘリウムをマントルに注入している可能性があることを示唆している。」

ジェ・デン氏とジーシュエ・ドゥ氏は、地球の核にある酸化マグネシウム化合物が、地球表面の生命に影響を及ぼす多くのプロセスで重要な役割を果たしている可能性があることを認識した最初の科学者ではない。これまでの研究では、MgO が核から上方へと移動することで、過去数十億年にわたって地球のダイナミクスが形成され、地球の磁場が生成されたことが明らかになっています。この磁場は有害な放射線から私たちを守り、生命を維持するために必要な大気を安定させます。

MgO は、外核 (液体で構成されている) と地球のマントルの境界まで上昇すると (外核よりも温度が低い)、「解離」します。つまり、均質な鉱物から明確な結晶相に変化します。 MgO はヘリウム 3 を混合液体鉄核から核マントル境界まで引きずり込み、そこで溶解して両方をマントルに運びます。

「MgOの放出によって引き起こされるこの大規模な核全体の対流は、ヘリウムを深部核から核とマントルの境界まで効率的に輸送する可能性がある」とデン氏とドゥ氏は研究で述べている。

「我々はまた、コア形成以来の酸化マグネシウムの溶解による予想されるヘリウム流量をモデル化した。これは、地球の歴史のほとんどを通じて、コアからの酸化マグネシウムの溶解がコアからマントルへヘリウムを継続的に供給し、原始ヘリウムをマントル物質に刻み込んだ可能性があることを示唆している」と研究者らは指摘している。

2人の科学者は、これらのプロセスを理解するにはさらなる研究が必要だと述べているが、彼らの新たな研究は、地球の最も遠い場所である地球の中心核の謎に新たなピースを加え、地球表面のヘリウム3の謎の起源を正確に突き止めている。

さらに、鄧氏と杜氏は、核からの鉱物の溶解により、地球上の生命の出現につながった成分を含むさまざまな元素がマントルと地殻に豊富に含まれる可能性があると提唱している。