シミュレーションは地球の核の半分の炭素を取り除いた

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ビデオ: 科学者が地球の核にある謎の層を発見? 2022, 12月
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Anonim
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地球のコアの炭素は以前に考えられていたものの半分です-そのようなデータは、炭素質コンドライトからの地球の形成のモデルを使用して地球物理学者によって得られました。これを行うために、彼らは、地球のコアの形成の条件下で、コアとマントルをそれぞれ構成する金属相とケイ酸塩相の間の炭素の分布を分析しました。この記事は、全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsに掲載されました。

炭素は、マントルのダイナミクスやマグマの融解など、地球力学的プロセスにおいて重要な役割を果たします。私たちの惑星がどのブロックから形成されたか、そしてその形成後の炭素の供給と喪失のプロセスがどのように機能したかを理解するために、科学者は地球の炭素含有量とマグマの主成分である金属とケイ酸塩の間の再分布のプロセスをモデル化します。コアは、鉄、ニッケル、およびそれらの酸化物が主に表される金属相で構成され、ケイ酸塩相は、不純物を含むこれらの金属のケイ酸塩であるマントルに位置しています-鉱物かんらん石は、マントル。

地球の核は、同じ条件下で純粋な金属の核よりも10パーセント密度が低くなっています。この時点では、どの軽元素(シリコン、酸素、硫黄、水素、または炭素)が密度の低下に最大の寄与をしているのかは明らかではありません。それらの存在は、地球の磁場の生成に影響を与える鉄の融解温度とコアの外側部分での対流の形成を下げるために重要です。

科学者たちは、金属相への親和性である親鉄性のために、核の特性に大きく寄与するのは炭素であると示唆しています。炭素は炭素質コンドライトに豊富に含まれており、それらを初期の地球の構成要素にしています。主な軽元素としてのコア内の炭素の存在は、内核の実験的な地震特性と一致しています。

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相が分離した粒子の電子写真。炭素は主に金属相に位置しています

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この研究(完全な図)と以前の研究(中空の図)からの相間の炭素分布の係数

ハーバード大学のレベッカ・フィッシャーと彼女の同僚は、地球のコアの形成中の金属マグマ相とケイ酸塩相の間の炭素の分布を調べました。彼らは、かんらん石、鉄、ニッケル、グラファイトの粉末を混合し、ダイヤモンドアンビル内でレーザーで加熱して、37〜59ギガパスカル(約365〜582千気圧)の圧力と4200〜5200ケルビンの温度に到達させました。このような条件下では、炭素は親鉄性が低くなります。つまり、金属とケイ酸塩の相間の炭素の分布は10,000倍ではなく、100倍異なります。科学者は以前の研究でデータを補足しました。これはより低い温度と圧力であり、温度、圧力、ケイ酸塩の重合度、硫黄および酸素含有量に対する経験的依存性分布係数のパラメーターを計算しました。

地球物理学者は、耐火性コンドライトCIの組成を持つ50個の小天体の降着による地球の形成をモデル化しました。モデルの主要なパラメータは、鉄、シリコン、酸素、ニッケル、硫黄、および炭素の分布でした。各時点で、金属相とケイ酸塩相の間の炭素の平衡は、コア-マントル境界の圧力の65%、かんらん岩の融解温度で達成され、酸素フガシティーは1.5から3。この酸素フガシティーの振る舞いは、2つの要因によって説明されます。惑星の付着の終わりにある外側の円盤からの酸化物質と、高温高圧で進行する鉄による酸化シリコンの還元です。これらのモデル条件により、科学者はコア不純物の組成を推定することができました:7.8パーセントのシリコン、5.2パーセントのニッケル、1.2パーセントの酸素、0.9パーセントの硫黄、および0.09〜0.2パーセントの炭素。これにより、地球物理学者は、コア密度の減少に対する炭素の大きな寄与を反証することができました。コアの地震特性は、シリコンと酸素の含有量が高いことで説明できます。これらは両方とも、温度と圧力の上昇とともにより親鉄性になります。

地球のコアの炭素含有量は以前の推定よりも少なかったが、この量は依然として地球上の全炭素の78から89パーセントを占めている。しかし、著者は、見積もりが大まかなものであり、コアの炭素含有量がさらに低くなる可能性があることを認めています。

揮発性元素間の比率は、地球の形成の最初の原因を決定するための一般的な手法ですが、揮発性成分による核の濃縮は、硫黄を除くすべての元素について高圧および高温で十分に研究されていません。著者らは、炭素と硫黄の濃度を比較し、核形成のプロセスによって硫黄が炭素から分離されると結論付けました。硫黄と炭素の含有量は、CO、CV、ELコンドライトと最も一致しています。したがって、科学者たちは、炭素質コンドライトのような前駆体が地球の揮発性物質に大きく寄与するモデルを確認しました。

地球の中核のプロセスは、多くの科学グループによって活発に研究されています。 6か月前、科学者たちは、マントルのケイ酸塩鉱物中の酸化鉄(II)が不均化して、より高い酸化物と金属鉄になり、酸素と水がコアから逃げることを発見しました。そして2年前、化学者たちは、地球の核の条件下で、ヘリウムと酸化鉄(IV)のエキゾチックで安定した化合物が形成される可能性があることを示しました。他の興味深い高圧機能については、私たちの資料「地球の中心への旅」で説明されています。

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