地球の地下に存在する奇妙なゼリー状の塊。月を生み出す衝突で形成されたマグマの海が存在した可能性（米研究）

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　地球のマントルに存在する謎めいたゼリー状の塊は、月を生み出すことになった衝突で形成された太古のマグマから沈殿した鉱物かもしれない。

　この塊の正体は、地球のコアの近くにあるマントルに存在する「超低速度層（ultralow velocity zone）」という層だ。

　ここを地震波が通過するとき、移動速度が劇的に遅くなることが知られている。このことは、この層がマントルのほかの部分とは何かが違うということだが、どう違うのか今のところ不明だ。

　最新の研究によれば、ゼリー状の塊は、フェロペリクレースという鉱物がふんだんに含まれている可能性があるという。

　仮にそうだとすれば、45億年前にマグマオーシャン（隕石の衝突で飛び散った一部が月になったという説もある）というマグマの海が存在した可能性を示唆している。

　結晶化し、沈殿したフェロペリクレースがマントルの基礎になったと考えられるからだ。

地球の地下に眠る奇妙なゼリー状の塊

　地球のマントルはおよそ2900キロの厚さがあるが、超低速度層は厚さ・幅ともに100キロ未満しかない。

　これまでの観察から、ここを通過しようとする地震波は30～50パーセント速度が低下することが知られている。

　だが、ここを直接調べることは不可能だ。

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フェロペリクレースを使った加圧実験

　そこで米カリフォルニア工科大学の鉱物物理学者ジェニファー・ジャクソン教授らは、地球の下部マントルの主要構成鉱物であるフェロペリクレースを使った実験を行った。

　フェロペリクレースに超低速度層と同じような特性があるのかどうか確かめるため、その少量のサンプルを圧力チャンバーとダイヤモンドアンビルセル（高圧を与える装置）で圧縮するという実験だ。

　加圧されたサンプルにさまざな角度からX線を照射し、それがサンプルから脱出するときのエネルギーを計測する。こうすることで、X線とフェロペリクレースとの相互作用を観察するのだ。

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フェロペリクレースが高圧によりゼリー状の塊に？

　その結果、高圧がなにもかもを変えてしまうことが明らかになった。

　大気圧では、フェロペリクレースから脱出するX線の波は常に一定で、どの方向から照射しようとも変化はない。

　しかし地球のコアとマントルの境界と同等の圧力がかかっていると、照射する角度が重要となってくる。

　その角度によって波が移動する速度が最大60パーセントも変化したのだ。フェロペリクレースの中を通過する波は、ある角度から照射された場合はほぼ秒速3キロだが、別の角度からの場合秒速5キロだったりした。

　大気圧において波が一番速く移動する角度（結晶構造の縁に沿った方向）は、コア-マントル圧においては一番速度が遅くなる角度になる。

　またコア-マントル圧において一番速く移動する角度は、結晶の表面に沿うよう波が移動する角度だった。このように物の性質が角度によって変わることを異方的という。

　この結果から、本物のマントルや超低速度層においても異方性があると推測できる。

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マグマの海が存在した可能性

　仮にマグマオーシャン仮説（原始の地球がどろどろに溶けたマグマの海のような状態で、それが次第に冷えて地殻や内部構造が形成されたとする説）が正しく、マントルにフェロペリクレースが存在するのだとすれば、海洋地殻がプレートの沈み込みによって奥深くへ押し込まれる際にフェロペリクレースを押し潰し、異方的な性質が生じたと考えることができる。

　ジャクソン教授は、今後地震学者と協力して、超低速度層に進入した地震波の脱出速度が、進入時の角度によって変化するのかどうか確かめる予定だそうだ。

　ちなみに実験に使ったダイヤモンドアンビルセルは手のひらに乗るくらいの小ささなのだとか。ジャクソン教授は「自分のポケットに地球奥深くの圧力が入っている」と冗談を言うことがあるそうだ。

　本研究は『Journal of Geophysical Research: Solid Earth』に掲載された。

via:livescience / caltech/ written by hiroching / edited by parumo

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