ボストン-地球の広大なマグマの海は、私たちの足元の深いところを揺れ動き、惑星の液体コアに酸素を送り込んでいるようです。そして、その酸素は私たちの惑星中の地震と火山を形作っています。
これは、アメリカ物理学会の3月の会議で火曜日（3月5日）に発表されたロンドン大学ユニバーシティカレッジの物理学者、ダリオアルフェの一連の研究の結論です。地球の中心部にある酸素を直接観察することは不可能ですが、数千マイルにも及ぶ高温の岩がその見方を妨げています。アルフェと彼の共同研究者は、地震学データ、化学、太陽系の古代史に関する知識を組み合わせて、結論を導き出しました。
酸素のようなものが鉄の芯に隠れているという証拠の主なビット？地震。私たちが地表で感じているゴロゴロ音は、地球全体を移動する波の結果です。そして、それらの波の振る舞いは、地球全体の超音波のように、地球の内容への手がかりを提供します。
地震波がコアから跳ね返って表面に戻るとき、それらの形状は、液体鉄の外側コアが、内部の加圧された固体鉄コアよりも著しく密度が低いことを示しています。そして、その密度の違いは、地震の形状と表面上の火山の振る舞いに影響を与えます。しかし、それは純粋な鉄がどのように振る舞うべきかではない、とアルフェは彼の話の後にLive Scienceに語った。
「コアが純粋な鉄である場合、固体の内部コアと液体の間の密度のコントラストは1.5パーセントのオーダーでなければならない」と彼は言った。 「しかし、地震学はそれが5％にもっと近いことを私たちに伝えます。」
言い換えると、外側のコアは本来よりも密度が低く、非鉄元素が混入しているため、軽量化されています。
だから、それは疑問を投げかけます：なぜ軽い元素は外側のコアと混合されますが、固体の内側のコアとは混合されないのですか？
原子が液体の状態にあるとき、原子は互いに自由に流れ、内部元素の極端な環境においてさえ、異なる元素の混合物が共存することを可能にする、とAlfeは言いました。しかし、極度の圧力によって内部コアが固体状態にされると、そこにある原子は化学結合のより堅い格子を形成します。そして、そのより厳しい構造は、外部の要素に簡単に対応できません。中実のコアが形成されると、絞り込まれたチューブから歯磨き粉が飛び出すように、酸素原子やその他の不純物が液体の周囲に放出されます。
「氷山でも同様の効果が見られる」と彼は言った。
海の塩水が凍ると不純物を追い出します。つまり、氷山は、ナトリウムに富む海に浮かぶ固体の淡水の塊になります。
液体コアのより軽い元素が酸素であるという直接の証拠はない、とアルフェは言った。しかし、私たちの惑星は初期の太陽系の塵雲から形成され、そこにどのような要素が存在していたかを知っています。
研究チームは、理論的にはその雲の構成に基づいてコアに存在する可能性があるシリコンなどの他の要素を除外しましたが、観察された効果については説明していません。酸素は最も有望な候補者として残されたと彼は言った。
さらに、コアに理論的に存在する酸素のレベルは、化学がマントルの酸素含有量に基づいて予測するよりも低いようです。これは、今日でも酸素を豊富に含むマントルからより多くの酸素が外側のコアに化学的に汲み上げられていることを示唆しています。
コアの酸素がどのように見えるかを尋ねられたアルフェは、鉄が酸素に直接結合したときに形成される泡や錆さえも想像しないように言いました。代わりに、それらの温度と圧力で、酸素原子は鉄原子の間を自由に浮遊し、液体鉄の浮力のある塊を作成します。
「90個の鉄原子と10個の酸素原子を持つ液体の小包を取ると、この小包は純粋な鉄の小包よりも密度が低くなるため、浮遊する」とアルフェ氏は語った。
これらの結果を確認するのを助けるために、アルフェは、私たちの惑星で形成され、表面に向かって放射するニュートリノを測定するための努力の結果を楽しみにしていると言いました。 「geoneutrinos」は非常にまれであると彼は言った、彼らが現れたときに惑星で具体的に何が起こっているかについての多くの情報を提供することができます。
しかし、コアに直接アクセスする方法がないと、物理学者は常に、限られた二次データからその構成について可能な限り最善の判断をするのに行き詰まります。
