科学者が地球の深海の秘密を明らかにする方法

水による化学反応により、地球外核の液体金属から出るシリカ結晶の写真である。 ソース: Dan Shim/ASU

画期的な研究によると、地球表面の水が核に到達し、その構成が変わり、よりダイナミックな核 – マントル相互作用と複雑な地球水循環があることがわかりました。

数十年前、深い惑星を撮影した地震学者たちは、数百キロメートルの厚さを少し超える薄い層を識別しました。 Eプライム層として知られるこの層の起源はこれまでミステリーでした。

アリゾナ州立大学深圳、キム・テヒョン、地球宇宙探査大学ジョセフ・オルクなどで構成された国際研究チームが、地球表面の水が地球の奥深くに浸透して地球構成を変化させることができるという事実を明らかにした。 金属液体コアの最も外側の領域であり、明確で薄い層を作り出す。

彼らの研究は11月13日にジャーナルに掲載されました。 自然地球科学。

深海輸送プロセス

研究によると、数十億年にわたり、地表水は地殻の下降または摂取によって地球の深い場所に運ばれました。 地表から約1,800マイル以下の核とマントルの境界に達すると、水は深い化学的相互作用を引き起こし、核の構造を変えます。

摂取する水と上昇するマグマの柱を示す地球の内部のイラスト。 吸入水が核と出会う界面で化学交換が起こり、最上層の外核に水素が豊富な層を形成し、マントル底に密なシリカ層を形成します。 クレジット: 延世大学

核-マントル境界における化学的相互作用

イ・ヨンジェ 延世大学 韓国では、シムと彼のチームは、沈降した水がコア材料と化学的に反応する高圧実験を通して実証しました。 この反応は水素が豊富でシリコンが枯渇した層を形成し、最上層の外側コア領域をフィルムのような構造に変える。 さらに、この反応はマントルに上がり、統合されたシリカ結晶を生成します。 この修正された液体金属層は、地震学者がマッピングした異常特性に合わせて地震速度が低下し、密度が低くなると予測されます。

コアとマントルの相互作用とグローバルな影響

「長年にわたり、地球の核とマントルの間の物質交換が少ないと信じてきました。 しかし、最近の高圧実験では、他の話が明らかになった。 水が核とマントルの境界に達すると、核のシリコンと反応してシリカを形成するという事実を発見した」と述べた。 「今回の発見は、極端な圧力下で水が鉄液体の炭素と反応してダイヤモンドが形成されるという以前の観察とともに、はるかにダイナミックな核 – マントル相互作用を指し、かなりの物質交換を示唆しています。」

今回の発見は、地球内部プロセスの私たちの理解を向上させ、以前に認識していたよりも広範な地球水循環を提案します。 コアの変化した「膜」は、地表水循環と深い金属コアを結ぶ地球化学循環に深い影響を与える。

参考資料：「深く沈降した水から供給された最上部の外核の水素が豊富な層」著者：キム・テヒョン、Joseph G. O’Rourke、イ・ジョンミン、Stella Chariton、Vitali Prakapenka、Rachel J. Husband、Nico Giordano、Hans-Peter Liermann 、シン・サンホン、イ・ヨンジェ、2023年11月13日、 自然地球科学。
DOI: 10.1038/s41561-023-01324-x

研究は、核とマントルの境界の極端な条件を再現するために、アルゴン国立研究所の高度な光子源とドイツのDeutsches Elektronen-SynchrotronのPETRA IIIで高度な実験技術を使用して国際地球科学チームによって行われました。

チームメンバーとASUの主な役割はKimです。 彼は客員博士課程の学生としてこのプロジェクトを開始し、現在地球および宇宙探査大学の博士後研究者として働いています。 高圧実験を主導した地球宇宙探査学部シム教授、そしてコアの変更された薄層の形成と持続性を理解するためにコンピュータシミュレーションを行った地球および宇宙探査大学の助教授であるO’Rourke。 この教授は、Advanced Photon Sourceのコア研究科学者であるVitali PrakapenkaとStella Chariton、Deutsches Elektronen-SynchrotronのRachel Husband、Nico Giordano、Hans-Peter Liermannと共に、延世大学の研究チームを率いています。

この作業はNSF地球科学プログラムの支援を受けました。