地球の奥深くには古代の惑星の遺跡がある

このような話を聞いたことがある人は多いと思います。約45億年前、テイアと呼ばれる火星サイズの原始惑星が、若い原始地球と激しく衝突しました。この衝突によって放出された破片は最終的に集まって月を形成しました。

これは月の形成に関する主流の理論ですが、説明が難しい詳細があるためにしばしば異論が出ています。例えば、科学者たちは小惑星帯や隕石の中にテイアの痕跡を発見したことはありません。では、月を形成した物質以外の衝突による破片はどこへ行ったのでしょうか? 2023年11月1日にネイチャー誌に掲載された新しい研究によると、研究者たちはテイアの物質のほとんどが若い地球に吸収されたと考えています。

何が起こっているのか？まずは地球内部の珍しい発見から始めましょう。

地球内部の異常物質

私たちは地球の地殻、つまり薄い固い岩の層の上に住んでいます。地球の中心には**核**があり、これは主に鉄とニッケルでできています。地殻と核の間には**マントル**があります。

1980年代、地球物理学者たちは、核近くのマントルの底に、アフリカ大陸の下と太平洋の下に、2つの巨大で謎めいた異常な物質体があることを発見して驚きました。

この2つの異常天体は周囲よりもわずかに密度が高く、マントルの残りの部分とは異なる割合の元素でできている可能性を示唆している。地震波の伝播速度は物質によって異なることが分かっており、地震波がマントルの底に数千キロメートルにわたって広がるこれらの異常な岩石層を通過すると、地震波の速度は大幅に低下します。そのため、これら 2 つの謎の異常物質天体は、巨大横波低速度天体(LLSVP) とも呼ばれます。

LLSVP は、地球のマントルの進化、超大陸の分離と集合、地球のプレート構造に重要な意味を持ちます。しかし、疑問は、それらはどこから来るのかということです。

それらはどのように形成されるのでしょうか?

新しい論文の第一著者である地球物理学者の袁倩氏とその協力者は、テイアの化学組成と地球への影響についてさまざまなモデルを構築し、衝突から現在までのテイアのマントルと地球のマントルの相互作用をシミュレートした。シミュレーションの結果は、テイアと地球の衝突が実際に LLSVP と月の形成につながる可能性があることを裏付けています。

激しい衝突により、テイアの物質のほとんどが地球のマントルと結合しました。地球の上部マントルの溶融層が物質の一部を吸い込み、それを地球の物質に変えました。テイアからの物質の別の一部は、地球のマントルの溶融層を通過し、基本的に固体の下部マントルの底に沈み、そこで集まって結晶化し、最終的に今日核とマントルの境界で検出された 2 つの独立した LLSVP を形成しました。同時に、衝突によって生成されたテイアの残りの破片の一部は軌道上に投げ出され、月の中で合体しました。

シミュレーションによれば、現在の地球の質量の3%に相当するテイアの核の大部分が地球上に残っていることが示唆されている。一方、テイアのマントルの大部分（地球の質量の約 5%）は、地球のマントルの最上部約 1,400 キロメートルに埋め込まれています。

さらに検証が必要

しかし、この新たな研究をさらに裏付けるためには、マントルと月の岩石サンプルを比較してこれらのモデルを検証するなど、さらなるテストが必要だ。研究者らは、次のステップはこれらの巨大で低速度の天体が地球の初期の進化にどのような影響を与えたかを研究することだと述べている。彼らは、この研究によって地球がなぜこれほどユニークなのかが明らかになり、さらには太陽系外の太陽系外惑星の形成と居住可能性を理解するためのヒントが得られることを期待している。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

チーム: プリンシパル

査読者: 張玉秀 (中国科学院地球惑星科学学院)

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

#参考元:

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

https://www.caltech.edu/about/news/the-remains-of-an-ancient-planet-lie-deep-within-earth

https://english.cas.cn/head/202310/t20231026_394367.shtml

https://www.nature.com/articles/d41586-023-03385-9#ref-CR2