地球科学：二酸化ケイ素の結晶化と地球の核の組成進化

地球の核は、純鉄（Fe）に比べて約10％密度が小さく、鉄と共に軽元素が核に含まれていることが示唆されている。深いマグマオーシャン内の高圧（約40～60 GPa）高温（約3500 K）下で核が形成されたとするモデルは、ケイ素（Si）と酸素（O）の両方が液体の外核内に不純物として存在していることを予言している。しかし、詳細な研究が行われているのは、高圧下でのFe–SiおよびFe–Oの二成分系に対してのみであり、核の条件下でのFe–Si–Oの三成分系の合金の組成進化についてはほとんど知られていない。今回我々は、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル装置を使い、核の圧力での液体Fe–Si–O合金に対する溶融実験を行った。我々の結果は、二酸化ケイ素（SiO₂）のリキダス領域が鉄を多く含むFe–Si–O三成分系において予想外に広く、その結果、初期のFe–Si–Oの核は冷却とともにSiO₂の結晶を晶出することを示している。熱伝導率が高かったとしても、結晶化が核の最上部で始まれば、解放される浮力は、核の対流やダイナモを冥王代の初めから駆動するのに十分過ぎるほどであったはずである。また、SiO₂飽和は、今日の外核におけるケイ素と酸素の濃度も制限している。

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