Letter 地球：地球核が置かれている条件下での鉄の熱伝導率と電気伝導率 2012年5月17日 Nature 485, 7398 doi: 10.1038/nature11031 地球は、放射性同位体の崩壊とゆっくりとした冷却によって駆動される巨大な熱機関として働き、それによりプレートテクトニクス、火山、造山運動が生じている。もう1つの重要な生成物は地球磁場であり、これは固体の内核が成長する際の冷却と凝固によって放出される熱と、凝固の際に液体から押し出される軽元素による化学的対流によって駆動されるダイナモにより、液体鉄の核中で生成される。核–マントル境界（CMB）を通過する熱流束により見積もられた地球ダイナモに供給されるエネルギーは、地球の進化に制約条件を与える。CMBの熱流束の見積もりは、核内の極限的圧力温度条件下における鉄混合物の性質、特に熱伝導率と電気伝導率に決定的に依存する。これらの量は実験や理論的考察が本質的に困難であるために、よくわかっていない。今回我々は、これまでの見積もりのように外挿に頼るのではなく、密度汎関数理論を用いて第一原理から核の条件下での液体鉄混合物のこれらの伝導率を計算した。鉄、酸素、硫黄、ケイ素の混合物は以前の研究のものを用い、地震学的に決定された核の密度と内核境界の急激な密度変化に合わせた。この結果から、伝導率は共に、現在使われている見積もりよりも2〜3倍大きいことがわかった。この変更はかなり大きいので、核の熱史と必要なエネルギー量は再評価する必要がある。新しい見積もりに基づくと、CMBでの断熱熱流束は15〜16テラワットとなり、マントル対流に基づく現在のCMB熱流束の見積もりよりも高くなるので、核の最上部は熱的に成層構造をしており、核上部は逆向きの熱的浮力やCMB熱流束の水平方向の変動に抗して、化学的対流によって駆動されていると考えられる。地球ダイナモのエネルギーは大きく制限され、今後のマントル進化モデルは、CMBにおける高い熱流束を取り入れ、内核が最近形成されたことを説明する必要があるだろう。 Full Text PDF 目次へ戻る
