水の塊があなたの足の下に250マイル（400 km）以上隠れているかもしれません。
それは地球のマントルが地殻に出会うところです。地球科学者は長い間、この遷移帯の下（深さ255マイル、つまり410 kmから始まる）でブルーサイトと呼ばれる水で満たされた鉱物は不安定で分解され、水分子が惑星の表面に向かって流れていると考えていました。
しかし、新しい研究では、ブルーサイト（50％の酸化マグネシウムと50％の水）が分解する前に、別のより安定した3D構造に変形することが示唆されています。調査結果は、全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsの11月21日オンラインで詳述されており、以前考えられていたよりも地球のより深いところに水が溜まっていることを意味します。
スコットランドのエジンバラ大学で計算物理学の講師を務める研究の共著者であるアンドレアス・ヘルマン氏は、「まったく期待されていなかった」と語った。 「人々は何十年もの間この資料を研究しており、それが最終的にバラバラになる前に別のフェーズがあるかどうかを考えることを誰も考えたことがないからです。」
深い地球を探る
科学者たちは以前、ブルーサイトが遷移帯、つまり上部マントルのすぐ下の深さ155マイル（250 km）の層までしか安定しないと信じていました。部分的には、鉱物の構造がこの見解を伝えました。ブルーサイトとは、各層の分子が互いに強く結合しているが、他の層との結合が弱い層状物質です。このような素材は、十分な圧力で押しつぶされると、ある種の変化を遂げる必要があります。研究者たちは以前、約200,000気圧に達する遷移帯の圧力に反応して、ブルーサイトが崩れると想定していました。 （1気圧は、おおよそ海面での圧力です）。
ハーマンと彼の共著者であるフロリダ州立大学の地質学教授であるマイナックムカージーは、深い地球を直接探査することができませんでした。量子力学計算を使用して、深地球の状況でのブルーサイトのさまざまな構造を分析しました。
「これはビッグデータコンピューティングです」とヘルマン氏は語った。 「私たちは何千もの構造を作成し、それらすべてを最適化し、計算が十分に正確であるため、何かが他のものよりも安定しているとしても、確実にそうであると言えます。」
ブルーサイトはよく研究された比較的単純な鉱物です。それでもヘルマン氏は、新しい計算の鍵はブルーサイトに関する既存の仮定を無視することだと述べた。コンピュータープログラムでさまざまな構造を数か月実行した後、研究者たちは、下部マントルで見つかった高圧に耐えることができる、これまで知られていなかったブルーサイトの相を発見しました。
ブルーサイトのこの新しいフェーズを使用しても、科学者はマントル内の物質の量やミネラルが保持している水の量を直接測定することはできません。しかし、ヘルマンとムッカージーは、ブルーサイトの新しい相の弾性特性を計算しました。ヘルマン氏によると、地震の兆候は岩盤の弾性に基づいて異なるため、地震学者はマントルにどの程度のブルーサイトが存在するかを検出できる可能性があります。
ブルーサイトが重要な理由
現在の推定では、地球の深部にあるすべての海を合わせた深さと同じくらい多くの水が地球に保持されている可能性があります。この水の貯水池、および追加のトローブブルーサイトも保持する可能性のあるものは、地球を通過する物質の移動にとって非常に重要です。水を含むミネラルが地球の層を通って移動すると、材料は最終的に分解し、水を放出します。その水は、しばしば火山活動によって地表に戻ります。
水は、沈み込み帯で発生するように、さまざまな岩石物質が互いに移動するために必要な潤滑を提供するため、火山活動とプレートテクトニクスによる鉱物のリサイクルに不可欠です。また、ロックサイクルを移動するときに一部のマテリアルが溶解するのに役立ちます。ヘルマン氏によると、水がなければ、地球は地質学的に停滞することになるという。これは、新しい地殻や土壌がなく、火山活動が停止したことを意味します。これらの変化は、惑星の土地と大気に壊滅的な影響を与える可能性があります。
地球表面のはるか下にある貯水池に対する科学者の理解を変える可能性があることは別にして、ヘルマン氏は、この研究は一般的に深い地球についての新しい考え方を提唱していると語った。承認されたバージョンを支持していれば、研究者たちはこの新しいフェーズを見つけられなかったでしょう。
