新説:水星に似た原始惑星の衝突が地球の核を形成

核の溶融状態を保っている放射性元素の存在は、衝突で説明できる

2015.04.16
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水星の写真(2008年撮影)。水星に似た天体が若き地球に衝突し、核の溶融状態を保つために必要な放射性元素をもたらした可能性がある。(PHOTOGRAPH BY NASA/JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABORATORY/CARNEGIE INSTITUTION OF WASHINGTON)
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 地球内部にあるドロドロの熱い部分(核)は、今から数十億年前、若き日の地球と水星に似た原始惑星の衝突によってできたとする説が、4月15日付け『Nature』誌に発表された。

 米カーネギー研究所のリチャード・カールソン氏は、同論文の付随論評において、「興味深い結論」であり、これまでそのようなアイデアを裏付ける「実験的証拠は限定的(かつ議論の余地があるもの)だった」と記している。

 地球の核を直接見ることはできないが、地震波が伝播する様子から、その成分は主に溶けた鉄とニッケルであることがわかっている。また、これらの熱い物質が、地磁気およびプレートテクトニクスのもとになっている。しかし、その核が地球誕生から45億年にもわたって溶融状態を保っている理由は、謎に包まれていた。

 地球誕生のきっかけとなった微惑星の衝突で生じた熱は、徐々に宇宙へと逃げて行ったはずだ。すなわち、核の成分が鉄とニッケルだけなら、大昔に凝固していなければおかしい。そこで疑われたのが、放射性元素の存在である。その崩壊によって生じた熱が、核の融解と地磁気を維持していると考えられている。しかし、具体的にどの元素が寄与しているかまでは明らかにされていなかった。

 同論文では、ウランとトリウムをその最有力候補としている。これらの放射性元素は、まだ形成過程にあった地球に、水星に似た原始惑星が衝突したときにもたらされた可能性があるというのだ。

謎の解明

 地球内部の放射性元素として候補に挙がっていたのは、カリウム、ウラン、トリウムの3種類。論文の筆頭著者である英オックスフォード大学の地球科学者、アンケ・ウォーラース氏は「私たちの目的のひとつは、3つのうちどれが核の融解に寄与しているかを解明することでした」と述べている。

 もうひとつの目的が、もっと深い謎の解明である。その謎とは、ごつごつした地殻に含まれるサマリウムとネオジムという希土類元素の割合が特徴的なこと。地球誕生時から存在すると考えられる両元素の比率が、小惑星に見られる両元素のそれとは異なるのだ。

 ウォーラース氏らは、これら2つの現象の要因は太古の衝突にあると結論付けた。その根拠は、惑星形成論、水星やその他の惑星のデータ、高温実験などの複雑な説明を伴うため、地球化学者以外が理解することは困難だろう。

 ウォーラース氏によると、太陽系の初期に小惑星のような天体が衝突して地球が生まれたのち、水星によく似た組成の何かが衝突し、地球の化学物質が独自の構成をもつようになったと考えることで、すべてのデータが合致する。

 若き地球と惑星サイズの天体が衝突したとする説は、これが初めてではない。多くの専門家が、火星サイズの天体が地球に衝突した際、溶けた岩が宇宙に飛散し、それが冷えて月になったと考えている(ジャイアント・インパクト説)(参考記事:「月の誕生物語に三つの新説、ネイチャー誌」)。

 ウォーラース氏は、その説に疑問を投げかける。月形成をもたらした天体は、火星ほど大きくなく、水星ほどの大きさだったのではないかと。つまり、月を作った天体と、放射性元素をもたらした天体は、同一だったのかもしれない。

文=Michael D. Lemonick/訳=堀込泰三

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