地球進化の謎を解くマントルD”層

廣瀬 敬 (東京工業大学)
201009

日経サイエンス 2010年9月号

9ページ
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 地震波の研究から,地球は中心からコア,マントル,地殻の順番で層を成す玉ねぎ状構造をしていることがわかっている。マントルはさらにいくつかの層に分かれているが,これは,深くなるにつれて圧力が増し,温度も高くなるので,マントルを構成する鉱物の結晶構造が変わるからだ。グラファイトとダイヤモンドがまったく別の物質であるように,化学組成が同じであっても結晶構造が変わると,熱伝導率などの性質も大きく変わる。
 深さ660〜2900kmの下部マントルは長年にわたり同じ鉱物が占めていると考えられてきた。ペロフスカイトと呼ばれるその鉱物は,元素がみっちりとつまった非常に密度の高い結晶構造をしていて,そこからさらに密度の高い状態になるとは考えにくかったからだ。しかし,地震波のデータは深さ2600km 付近に層の境界があることを示していた。
 著者たちのグループは,2600kmよりも深い環境に相当する120万気圧・2500度の超高圧高温環境を実験室で再現することに成功した。その条件下ではペロフスカイトも原子の配列が変わり,さらに密度の高い結晶構造になることを実証した。ポストペロフスカイトと名付けたこの鉱物こそ,地球の初期進化の謎を解くカギだった。
 ポストペロフスカイトは効率よく熱を伝える性質がある。これはコアの熱をマントルに伝える,つまり,コアを効率よく冷ます働きがあるということを示している。地球の誕生直後は,高温すぎてポストペロフスカイトは存在できなかったと思われる。だが,いったん登場すると,コアの熱をマントルに伝えることでマントル対流が盛んになった。コアも冷め始めて,中心部は液状から固体のコアへと変化した。この固体コアの登場と活発になったマントル対流は,地球の初期進化に大きな影響を及ぼした。