研究者らは、地球の内部コアが超イオン状態にあり、炭素原子が固体鉄格子内を自由に移動し、その予想外の柔らかい挙動を説明すると発見した。この発見は、コア条件を模擬した実験で確認され、長年の地震学的謎を解明する。結果は、コアのダイナミクスが惑星の磁場を支える可能性を示唆している。
地球の内部コアは、330万気圧を超える極端な圧力と約2600ケルビンの高温下にある鉄と軽元素の密度の高い球体で、長年科学者を悩ませてきた。固体であるにもかかわらず、軟化した金属のような性質を示し、地震剪断波が遅くなり、ポアソン比が鋼ではなくバターに似ている。
National Science Reviewに掲載された研究が画期的な説明を提供する。四川大学のYoujun Zhang教授とYuqian Huang博士が主導し、中国科学院地化学研究所のYu He教授らが参加したチームは、内部コアの鉄-炭素合金が超イオン相に入ることを実証した。この状態では、炭素原子が安定した鉄フレームワーク内を急速に拡散し、固体構造内の液体運動に似て合金の剛性を大幅に低下させる。
「初めて、内部コア条件での鉄-炭素合金が著しく低い剪断速度を示すことを実験的に示した」とZhang教授。「この状態では、炭素原子が高移動性となり、結晶鉄フレームワーク内を広場舞踏で子供たちが縫うように拡散する一方、鉄自体は固体で秩序だったままである。」
証拠はダイナミックショック圧縮実験から得られ、サンプルを秒速7キロメートルまで加速して140ギガパスカルとコア近傍温度に達した。分子動力学シミュレーションと現地音速測定を組み合わせ、剪断波速度の急落とポアソン比の上昇を示し、観測地震データを一致させた。
この超イオン模型は地震異方性—方向による波速変動—を説明し、地磁気発電機に関する新たな洞察を提供する。軽元素の運動は地球磁場の追加エネルギー源となり得る。
「内部コア内の原子拡散は、地磁気発電機のこれまで見過ごされたエネルギー源を表す」とHuang博士。「熱や組成対流に加え、軽元素の流体様運動が地球の磁気エンジンを駆動する助けとなる可能性がある。」
この研究は静的内部コアから動的コアへの見方を変え、岩石惑星や系外惑星の理解に影響を与える。中国国家自然科学基金ほかにより資金提供された。