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カナダの北部、北極諸島に位置するバフィン島で6,200万年前の溶岩流を調査していた研究者らは、地球内部に存在する希少な同位体であるヘリウム3、ヘリウム4が高レベルで含有されていることを発見した。

研究者たちは、溶岩流は地球のコアから来ている可能性があると考えている。そしてこの発見は、地球の最も深く神秘的な領域に新たな光を当てるものであり、コアからヘリウム3がマントルを通って上方に抜け出し、最終的に溶岩流の一部として地表に噴出する可能性を示唆しているのだ。

希少なヘリウム同位体「ヘリウム3」

ヘリウム3は奇妙で珍しい同位体である。そのほとんどがビッグバンの間に形成されたこのガスは、軽水素を除けば、中性子よりも陽子を多く含む唯一の安定同位体である。

珍しいだけでなく、ヘリウム-3は核融合反応の燃料として有望視されており、太陽や他の恒星を動かすのと同じプロセスに基づくエネルギー源であると推測されている。

宇宙に存在するヘリウム3のほとんどは、138億年前のビッグバンにまでさかのぼる。地球が形成されたとき、太陽の初期の太陽系星雲からヘリウム3が地球のコアに取り込まれた。これまでの研究では、この希少元素が微量にコアから漏れ出て地球の表面にまで到達している可能性が示唆されているが、この仮説の詳細についてはまだ謎に包まれている。

これまでにないヘリウム3、ヘリウム4の含有量

今回、ウッズホール海洋研究所とカリフォルニア工科大学の地球化学者の合同チームが、カナダの北極諸島にある巨大な陸地、バフィン島の古代の溶岩流を調査した結果、ヘリウム-3(3He)とヘリウム-4(4He)の同位体比が、これまでに発見された地上の火山岩の中で最も高いことを発見した。研究チームは、「これらの溶岩に含まれる極めて高い3He/4Heヘリウムは、地球のコアに由来する可能性がある」と示唆している。

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(Credit: Ansgar Walk, CC BY-SA 2.5 DEED)

ヘリウム3は地表に到達するとすぐに大気圏に逃げ、宇宙空間に消えてしまう。

ヘリウム3が地表で見つかった場合、それはコアから放出された可能性が高い。そしてコアから来たものであれば、ヘリウム3の周りにある他の物質もコアから来たものであるはずだ。

「驚くべきことは、これまで考えられていたよりもはるかに高い値まで広がるヘリウム/⁴He比を測定したことです」とウッズホール海洋研究所の地球化学者Forrest Horton氏は言う。

この発見は、”物質、少なくともヘリウムがコアから漏れているという考えに信憑性を与える “とHortonはVice誌に語った。

「従来、地球のコアと外側の層(マントルと地殻)は、地球化学的に隔離されている(物質が行き来しない)と考えられていました」とHorton氏は電子メールでViceに語った。「これは興味深いことです。なぜなら、地球深部が私たちが認識していたよりもダイナミックであることを示唆しているからです。元素が地球の金属部分と岩石部分の間を移動しているのです」。

この原始ヘリウム3には、他の方法ではアクセスできない地球の形成に関する秘密が隠されているかもしれない。

また、ヘリウムがコアから漏れているということは、他の元素も漏れることがあるのかという疑問が生じる。そして、これらの元素はいつ地球の岩石部分に移動したのだろうか?

「ヘリウムと、水素や炭素(生命の必須構成要素)を含む他の元素との潜在的な関連性を探求することに、特に興奮しています。マントルプルームの進化を系統的に研究することで、コアとマントルの境界付近のプロセスがより明確になるかもしれません」と、Horton氏は興奮気味に語っている。


論文

参考文献

研究の要旨

マントルプルームに付随する多くの溶岩の3He/4He比が上部対流マントルに比べて高いという観測は、地球深部の地球物理学的、地力学的、地球化学的モデルを支えている。高い3He/4He比は、太陽系星雲に由来するか、あるいは太陽風によって照射された物質が惑星降着の初期に地球に取り込まれたものと考えられている。伝統的に、この高い3He/4He成分は、巨大衝突や数十億年にわたるマントル対流によるアウトガスを避けて、マントルに内在すると考えられてきた。今回我々は、地球上の火成岩の中で最も高い3He/4He比(大気比の67.2±1.8倍)をバフィン島溶岩のカンラン石で測定した。我々は、これらの溶岩中の極めて高い3He/4Heヘリウムは地球のコアに由来する可能性があると主張している。このコア仮説が成立することで、マントルプルームに関連する溶岩中の希ガスに基づく、太陽系星雲からの揮発性元素が降着の初期段階からマントルに生存しているという、長年にわたる制約が緩和される。

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