「【高単価!複数採用予定】地理や地学、気候や風土などに関する雑学を大募集!!」への(退会済み)さんの提案一覧

(退会済み)さんの提案

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20
【意外系】
①テーマ
かつての地球には、海水の50倍もの量の水があった!

②理由
地球に、海水の50倍もの水があったなんて
信じられないから。

もし本当だったとしたら
海はめちゃくちゃ深くて、陸地が無い
水だらけの地球になっていたはず。

哺乳類なんて
とてもじゃないけど
存在できなかったと思うけど…

もし、あったのだとしたら
その大量の水は
一体どこにいってしまったのだろう?


③情報

【前提知識】  
  ◆今から約46億年前に
  地球は誕生した。
  その頃の地球を「原始地球」と呼ぶ。

  ◆「原始地球」は
  水の素になる元素や有機物を含んだ惑星などの
  衝突によって形成された。

  ◆「原始地球」は
  それらの天体衝突によるエネルギーで
  熱く溶解した岩石(マグマ)に覆われていた。
 (マグマオーシャン)

  ◆衝突した衝撃でバラバラになった天体は
  マグマオーシャンに投げ込まれた。

  ◆その際
  天体の破片とマグマとで
  化学反応が起こり

  天体に含まれていた「金属」は
 「マグマ」と共に
 「マグマに含まれていた軽元素(水素など)」をも取り込んだ。

  ◆密度が重い金属を含んだ物質は
  徐々に沈んでいった。

  ◆地表から約1,200km沈んだ
  高圧高温の条件下で(およそ50万気圧・3,500℃)
  化学反応が終わり
  「金属」と「マグマ」は
  分離した。

  ◆分離する際
  化学反応で取り込まれた軽元素(水素など)も
  「金属」と「マグマ」それぞれに
  分配された

  ◆分離後
  地球の中心部まで沈み込んだ金属は
  「核(コア)」を形成した。

  ◆「核(コア)」を構成する主な成分は
  「鉄」(金属)である。

  ◆「核(コア)」は
  「外核」と「内核」の2層に分かれている。

  ◆「外核」の密度は
  「鉄」より
  「およそ1割(8%)少ない」

  ◆よって
  「外核」には
  「鉄」だけではなく
  「鉄よりも軽い元素」が混在している。
  (核の密度欠損問題)

  ◆つまり
  「金属」と「マグマ」が分離する際
  「金属」に分配された軽元素(水素など)が
  「密度を欠損させている原因」だと
  推測されてきた。

  ◆しかし
  高温高圧下での実証実験が
  技術的に困難だったため

  「外核の主要軽元素は何なのか?」
  また
  「どのくらい含まれているのか?」などの詳細は
  長い間、不明であった。


【結論】
  ◆「外核」の主要「軽元素」は「水素」である。

  ◆現在の海水のおよそ50倍もの水が
  「原始地球」には存在した。

  ◆その9割以上が
 「水素」として
 「核(コア)」に取り込まれた。

  ◆その結果
  地球には
  海と陸地が共存することになり
  後に、様々な生物が誕生した。


 【根拠詳細】
  ◆地球形成期に
 「マグマ」と「金属鉄」の分離が行われたのは
  およそ50万気圧・3,500℃の状況下。

  ◆レーザー加熱式ダイヤモンドセルを用いることで
  30-60万気圧・2,800-4,300℃の
  高圧高温状態を作り出すことに成功した。

  ◆再現された地球の中心条件下において
  水素が
  「マグマ」と「金属鉄」との間で
  どのように分配されるか
  実験を行った。

  ◆その結果
  「マグマオーシャン」側に分配された「水素量」が
  分かった。


  ◆「核(コア)」との分離後に
  「マグマオーシャン」に残された水は
  「現在、海水(地表にある)分」と
  「マントル(岩石)に取り込まれた分」である。

  ◆現在のマントルから噴出されるマグマ中の含水量から考えて
  「マントルには、海水に匹敵する量の水が存在する」と
  考えられている。

  ◆つまり
  「核(コア)」との分離後の「マグマオーシャン」には
  海水のおよそ2倍の水が残されていたはず。
  (マグマオーシャン中の濃度にすると、約700ppm)

  ◆地球の集積とコアの形成についての既存モデルと
  上記の実験で求められた水素の分配係数を使って
  シミュレーションを行ったところ
  約700ppmの水を
  マグマオーシャンに残す場合
  「核(コア)」には
  3,000~6,000ppmの水素が
  取り込まれることが分かった。

  ◆3,000–6,000ppmの水素が
  「外核」に存在するとしたら
  「外核の密度欠損」の3–6割を説明できる。

  ◆よって
  「外核」を形成する主な「軽元素」は
 「水素」であることが分かった。

  ◆「原始地球」に運ばれてきた多くの水は
  そのほとんどが「核(コア)」に取り込まれることにより
  「地球」の表層には
  「海」と「陸」とが共存でき
  後に、様々な生物が誕生した。


【反証傍証補足】
  ◆今回のシミュレーションの結果より
  地球でなくとも
  地球のような岩石惑星(もしくは衛星)が
  地球の1/10以上の質量を持つ場合は
  そこの「核(コア)」には
  地球と同じくらいの水素が含まれていると考えられる。

  ◆つまり、火星の「核(コア)」にも
  水素が存在していると推測でき
  かつて火星にも海があったという説の裏付けになると考えられる。

  ◆外核を形成する「他の軽元素」(硫黄・ケイ素・酸素・炭素など)の判明と
  その存在量を明らかにする研究は
  現在も続けられている。

  ◆地球が何からできているのか?
  どのように作られたのか?を調べることは
  地球と生命の起源や
  地球外生命体についての考察に大きく寄与する
  非常に有意義な研究だと言える。


④参照
  ◆東京大学 大学院 理学系研究科・理学部(2021/05/11)
  「地球コアに大量の水素」
  https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7309/

  ◆論文URL(雑誌名:Nature Communications)
  https://www.nature.com/articles/s41467-021-22035-0
2022年02月01日 15:44 3

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