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2026-02-10 16:00:00
地球の表面には水素はほとんどありません。大気中では痕跡はほとんど検出されず、空気よりもはるかに軽く、惑星の重力でさえ捕らえることができません。それが実際に存在する場所は海で、酸素 1 つに対して 2 つの割合で水の形で閉じ込められています。もう 1 つの主要な発生源は、数百万年前に形成された炭化水素です。しかし、それらを合計しても、次のパラドックスを説明できません。 宇宙で最も豊富な元素地球上ではとても珍しいことです。地球内部に存在する可能性があれば、それは解決できるかもしれない。さて、掲載されている作品は、 自然地球科学 は、地球の核における周期表の最も軽い元素の存在を定量化しました。彼らの計算が正しければ、地球上のすべての海に存在するものの数十倍もの存在することになります。
「岩石惑星の基本成分であると考えられる隕石の分析から、ケイ酸塩と金属鉄という地球の組成がおおよそわかっています」と北京大学地球宇宙科学院教授であり、この研究の筆頭著者である黄東陽氏は説明する。惑星の回転と慣性により、その質量の分布はわかっており、「中心に核があり、外側にケイ酸塩層がある」と研究者は付け加えた。これらのケイ酸塩は主にケイ素と酸素で構成されており、地球の地殻の最大 95% を占めています。しかし、地球の核は、地球を形成する鉄とニッケルの合金よりも軽いため、「炭素、酸素、水素などの軽い元素が含まれているはずです」とフアン氏は詳しく説明する。水素は宇宙で最も豊富な元素であり、ここで見つからないのは奇妙であるため、水素が有力な候補です。 「つまり、核の中に水素が存在する可能性が高い。問題はその量だ」と中国人科学者は締めくくった。
水素の存在を定量化するために、北京大学とチューリッヒ工科大学の研究者らは、地球の核に存在するはずの条件を再現した。隕石、地震、地質学的、 宇宙から私たちは、その深部に鉄の固体球が存在し、その周囲を同じく金属であるが液体状態の外核に囲まれていることを知っています。これは、不足している水素がある場所です。惑星の内部では、 圧力は地表の300万倍です そして温度は5,500度に達します。そこで彼らはこれらの条件を研究室で再現しました。
このような極端な圧力と温度の条件を再現するために、彼らはケイ酸塩ガラスに封入された鉄の小さなサンプルを採取し、それをレーザーで惑星内部に存在する温度に近い約5,100ケルビン度まで加熱した。同時に、111ギガパスカルという巨大な圧力をかけました。これは1平方センチメートルに100万トン以上の重さを乗せることに相当します。前世紀前半の高圧分野の研究では、ギガパスカル規模で高圧を達成するシステムが考案されました。圧力は単位面積あたりの力（トン）の関数であるため、作用する力を増やすためには表面積を最小限に抑えることが重要でした。その結果、同じ材料でできた 2 つの先端が向かい合い、中央で圧力を受ける、いわゆるアンビル セルが形成されます。現在、アンビルは自然界で最も硬い素材であるダイヤモンドで作られています。
「サンプルに焦点を合わせたレーザーは高温を発生させ、その温度が 2 つの対向するダイヤモンド アンビルの先端の間に適用され、互いに押し付けられて高圧が発生します」と Huang 氏は説明します。地球の核のような巨視的なものを、10 ミクロンの鉄板の一部を使って顕微鏡スケールで再現すると、不確実性が生じます。 「圧力は表面積あたりの力に等しいため、そのような高い圧力を得るために支払う代償は非常に小さいサンプルであり、そのため水素の定量は通常のサンプルよりも数桁難しくなります。」と科学者は付け加えました。
そのため、どれだけの水素が存在するかを知るために、あらゆる元素から微量の物質を検出する計数技術に頼らなければなりませんでした。これは原子プローブ断層撮影法 (APT) と呼ばれるもので、ナノメートルスケールで完全なマッピングを提供できる唯一のものです。この洗練された画像技術のおかげで、彼らは、周囲のマグマである溶融ケイ酸塩から水素がどのように核に入るのかを観察しました。最終的な結果は、地球の核に存在する条件の再現が正しければ、「地球の核には重量で0.07%から0.36%の水素が含まれており、これは海の9から45個分の水に相当する」とフアン氏は結論づけている。
アンダルシア地球科学研究所 IACT-CSIS のホセ・アルベルト・パドロン氏は、「現在、岩石惑星の内部と外部の水の量や、それらがどのように情報を伝達しているのかはわかっていません。」と述べています。 「そして、さらに興味深いのは、深部と表層の貯水池の間のこのコミュニケーションが、海洋とプレートテクトニクス、そして火星の場合、現在水やテクトニクスのない他の惑星で、私たちの惑星地球が経験したまったく異なる進化を決定するとしたら、」と彼は付け加えた。
パドロンによれば、これらの疑問を解消するには、まず「水と水素の体積を知ること」だという。 溶解した 地球の内部に直接アクセスできないため、これは非常に困難です」と彼は付け加え、そして黄氏のグループが定量化した内容に沿って締めくくった：「地球の核とマントルの間には、現在の海洋数十個分に相当する量が蓄えられると推定されている。」
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