「悪魔ニッケル」よ、私と一緒に地球に戻って来なさい！

先週、ロシアとウクライナ間の現在の緊張の影響を受けて、国際金融市場で「大規模なショートスクイーズ」現象が発生した。ロンドン金属取引所では、比較的ニッチな金属であるニッケルの価格が2営業日で250%上昇し、新たな歴史的記録を樹立した。この金融ホットスポットイベントは、多くのメディアによって「悪魔のニッケル」市場と呼ばれました。さて、数十億年の宇宙を旅して、「悪魔のニッケル」の過去と現在の生活を探ってみましょう。

01 「悪魔ニッケル」という名前は生まれつきのものだ

ニッケル (Ni) は、周期表の元素番号 28 で、融点が 1453 °C、沸点が 2732 °C の銀白色の金属です。原子構造や化学的性質が似ていることから、鉄（Fe）、コバルト（Co）とともに総称して「鉄族元素」と呼ばれます。

ニッケル金属 |出典: インターネット

17 世紀、ドイツの銅鉱山労働者たちは、表面に緑色のコーティングが施された暗赤色の鉱石から銅を抽出しようと試みましたが、成功しませんでした。絶望した彼らはそれを「ゴブリンの銅」を意味する「クッファーニッケル」と名付けました。 1751 年、スウェーデンの鉱物学者で化学者のアクセル・フレドリック・クロンシュテットが初めて鉱石から金属ニッケルを分離し、ドイツの鉱夫の伝説に登場するいたずら好きなゴブリン (英語で悪魔を意味する「オールド・ニック」に似ている) にちなんでニッケルと名付けました。

赤色ヒ素ニッケル鉱石（クッファーニッケル） |出典: インターネット

ニッケルの近縁種であるコバルトは、クロンシュテットの師であるスウェーデンの化学者ジョージ・ブラントによってコバルト鉱（硫化コバルトヒ素）から発見され命名されたことは特筆に値します。コバルトという名前は、「小さなゴブリン」を意味するドイツ語の「kobold」に由来しています。ニッケルやコバルトを含む鉱石にはヒ素（As）も含まれることが多いため、製錬工程で非常に有毒な三酸化ヒ素（ヒ素）が放出され、作業員の健康に深刻な脅威をもたらします。そういう意味では、「悪魔のニッケル」も「悪魔のコバルト」もその名にふさわしいのです！

02 「悪魔のニッケル」はどこから来たのですか?

138 億年前の宇宙の始まりまで遡り、この色彩豊かな世界を構成する要素がどのようにして生まれたのかを見てみましょう。宇宙の起源に関するビッグバン理論によれば、ビッグバンから数百秒以内に、陽子と中性子が水素、ヘリウム、および極微量のリチウムを合成した。 1957 年、バービッジス、ファウラー、ホイルは有名な B2FH 理論を発表しました。この理論は、ビッグバンで生成された原始的な水素とヘリウムを基に、恒星燃焼、低速中性子捕獲 (s 過程)、高速中性子捕獲 (r 過程) などの一連のプロセスを経て他の元素が合成されたというものです。巨大な恒星の内部では、軽い元素が融合し続け、水素、ヘリウム、炭素、ネオン、酸素、ケイ素が外側から内側に向​​かって燃え続け、鉄ニッケルの原子核が形成されます。より大きな原子番号を持つ元素は、超新星爆発や2つの中性子星の合体などの現象で形成される可能性があります。

赤色巨星内部の核反応と層構造の模式図 |出典: インターネット

科学者たちは今も B2FH 理論を絶えず改良、拡張、完成させていますが、太陽系を構成する要素のほとんどが複数回の恒星進化を通じて徐々に合成されてきたことは確かです。

太陽系の要素の起源。ニッケルは、白色矮星の爆発と大質量星の内部における元素合成プロセスから生成されます。 |画像出典: SDSS.org

03「悪魔ニッケルベースキャンプ」

CI グループ炭素質コンドライトの化学組成（いくつかの揮発性元素を除く）は太陽の光球の化学組成に非常に近いため、太陽系全体の平均的な組成を近似的に表すために使用されることがよくあります。この計算に基づくと、太陽系内のニッケルの平均含有量は約 1.1 wt% となります。一方、地球の地殻におけるニッケルの平均含有量はわずか 80 ppm で、太陽系の平均含有量の 1 パーセント未満です。それで、「悪魔のニッケル」はどこへ行ったのでしょうか?

この疑問を探るには、惑星の溶融と分化を理解するために、46億年前に太陽系が誕生した時代まで遡る必要があります。これは、惑星の形成中に、放射性核種の崩壊によって発生した熱エネルギーによってその構成物質が溶解するプロセスを指します。金属とケイ酸塩の溶融物は混ざり合わないため、密度の高い鉄ニッケル金属は「沈んで」金属核を形成し、軽いケイ酸塩部分は「浮かんで」殻とマントルの構造に進化します。明らかに、コアは地球上の「悪魔のニッケル基地」であり、地球上のニッケル元素のほとんどはコアに含まれています。

地球型惑星の核・マントル・地殻構造の概略図 |出典: インターネットから改変

地球から何百万マイルも離れた火星と木星の間の小惑星帯には、何百万個もの小惑星が存在します。その中には、巨大惑星の核のほかに、太陽系におけるもう一つの「ニッケル塩基」ともいえる金属小惑星が多数存在します。鉄隕石は金属小惑星のサンプルであり、ニッケル含有量は 5 wt% ～ 17 wt% 以上になることがあります。鉄隕石は主に鉄ニッケル金属とその硫化物、リン化物などで構成されており、酸の腐食により特徴的なビッカース・テーデン構造を示すことが多い。鉄ニッケル合金は耐食性と延性に優れているため、数千年前の古代の人々は隕石鉄を使って武器や道具を作り始めました。

カルボ鉄隕石のビッカース・テデン構造 |出典: 隕石と初期の太陽系 II から改変

04 「悪魔のニッケル」を捕まえろ！

ニッケルは、鉄鋼、機械、建設、化学などの業界で大きな需要がある重要な工業用金属です。しかし、地殻中のニッケルの埋蔵量は限られており、ニッケル鉱石の採掘は地球の生態環境に多くの悪影響を及ぼしています。地球の天然資源や環境を守るために、宇宙資源の開発と利用に注目が集まり始めています。 NASAは、直径約200キロメートルで、鉄ニッケル金属やプラチナ、金などの貴金属で構成されている小惑星16 Pyscheの探査を計画している。この小惑星の価値は100兆ドル以上と推定されている。たとえ地球上の80億人の人々に平等に分配されたとしても、地球上の全員が億万長者になるでしょう。

小惑星16号プシケ探査の概念図 |出典: NASA

過去10年間、国内外の数十の企業が小惑星採掘技術の研究開発に取り組んできました。技術はまだ成熟していないものの、人類社会の発展に伴い、宇宙資源の開発と利用が一般的な流れになるでしょう。将来、宇宙採掘ロボットが小惑星帯を自由に巡航し、目標の鉄ニッケルが豊富な小惑星を発見した後、それをつかんで「ニッケルモンスター、私と一緒に地球に戻ってきなさい！」と言うことを大胆に想像してみましょう。近い将来、そのような想像が現実になると信じています！

宇宙採掘の仮想イメージ |出典: DeepSpaceIndustries

著者プロフィール: 王英、中国科学院紫金山天文台天体化学・惑星科学研究所准研究員、研究分野: 隕石科学および天体化学。

（この記事はWeChatのパブリックアカウント「上海プラネタリウム」で最初に公開されました）

輪番編集長：スー・ヤン

編集者：王克超