惑星が磁場を持っているかどうかは、それが居住可能かどうかを決定するのに大いに役立ちます。地球には強力な磁気圏があり、有害な放射線から生命を守り、太陽風が大気を取り去ることを防ぎますが、火星のような惑星はもはやそうではありません。それゆえ、なぜそれはより厚い大気とその表面に液体の水がある世界から、今日のように冷たく乾燥した場所へと移行したのか。
このため、科学者たちは長い間、地球の磁場に何が影響しているのかを理解しようと努めてきました。これまで、コンセンサスは、地球の回転の反対方向に回転する地球の液体の外側のコアによって作成されたダイナモ効果であるというものでした。しかし、東京工業大学の新しい研究によると、それは実際には地球のコアに結晶が存在していることが原因である可能性があります。
研究は、東工大の地球生命科学研究所（ELSI）の科学者によって行われました。彼らの研究によれば、最近発表された「二酸化ケイ素の結晶化と地球のコアの組成進化」というタイトルの 自然 –地球の磁場を駆動するエネルギーは、地球のコアの化学組成と関係がある可能性があります。
研究チームにとって特に懸念されたのは、地球のコアが地質学的時間にわたって冷却する速度でした。これは、しばらくの間議論されてきました。そして、地球生命科学研究所の所長であり、この論文の筆頭著者でもある広瀬圭博士にとって、それは生涯にわたる追求の一部でした。 2013年の研究では、地球のコアが以前考えられていたよりも大幅に冷却された可能性があることを示す研究結果を共有しました。
彼と彼のチームは、地球の形成以来（45億年前）、コアは1,000°C（1,832°F）も冷却された可能性があると結論付けました。これらの調査結果は、地球科学コミュニティにとってかなり驚くべきものでした。ある科学者が「新しいコアヒートパラドックス」と呼んだものにつながりました。つまり、このコア冷却速度は、地球の地磁気を維持するために他のエネルギー源が必要になることを意味します。
これに加えて、コア冷却の問題に関連して、コアの化学組成に関するいくつかの未解決の問題がありました。広瀬圭博士が東工大プレスリリースで言ったように：
「コアは主に鉄と一部のニッケルですが、シリコン、酸素、硫黄、炭素、水素、その他の化合物などの軽合金も約10％含まれています。多くの合金が同時に存在すると思われますが、各候補元素の比率はわかりません。」
これを解決するために、ELSIのHirose氏と同僚は、さまざまな合金を地球の内部と同様の熱および圧力条件に曝す一連の実験を行いました。これは、ダイヤモンドアンビルを使用して、ダストサイズの合金サンプルを圧搾して高圧条件をシミュレートし、それらを極度の温度に達するまでレーザービームで加熱することで構成されていました。
これまで、コア内の鉄合金の研究は、主に鉄-シリコン合金または高圧での酸化鉄に重点を置いてきました。しかし、彼らの実験のために、ヒロセと彼の同僚は、外核に存在すると考えられているシリコンと酸素の組み合わせに焦点を合わせ、その結果を電子顕微鏡で調べることにしました。
研究者が発見したのは、極度の圧力と熱の条件下で、シリコンと酸素のサンプルが結合して二酸化シリコン結晶を形成することでした。これは、地球の地殻にある鉱物石英と組成が似ていました。エルゴ、研究は、外側のコアでの二酸化ケイ素の結晶化が、コアデオンと早くからハデアン時代以降のコアの対流とダイナモ効果に動力を供給するのに十分な浮力を解放するであろうことを示しました。
ELSIのメンバーであり、この研究の共著者でもあるジョン・ヘルルンドは、次のように説明しています。
「この結果は、コアのエネルギー論と進化を理解するために重要であることがわかりました。私たちの計算がコアからの二酸化ケイ素結晶の結晶化が地球の磁場に電力を供給するための莫大な新しいエネルギー源を提供できることを示したので、私たちは興奮しました。」
この研究は、いわゆる「新しいコアヒートパラドックス」を解決するのに役立つ証拠を提供するだけでなく、地球と初期の太陽系の形成中の状態を理解するのにも役立ちます。基本的に、シリコンと酸素が時間の経過とともに外側コアで二酸化シリコンの結晶を形成する場合、遅かれ早かれ、コアがこれらの要素を使い果たすとプロセスは停止します。
それが起こると、地球の磁場が影響を受け、地球上の生命に大きな影響を与えることが予想されます。また、地球が最初に形成されたときにコアに存在していたシリコンと酸素の濃度に制約を加えるのにも役立ちます。これは、太陽系の形成についての私たちの理論を説明するのに大いに役立ちます。
さらに、この研究は、地球物理学者が他の惑星（火星、金星、水星など）がまだ磁場を持っている方法と時期を決定するのに役立つ可能性があります（そして、それらを再びパワーアップできる方法のアイデアにつながる可能性があります）。これは、太陽系外惑星の狩猟科学チームが、どの太陽系外惑星が磁気圏を持っているかを特定するのにも役立ち、どの太陽系外の世界が居住可能であるかを知ることができます。
