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2014年8月11日 (月)

太陽系スカウト説2

2012年に東北大学と高輝度光科学研究センター(JASRI)が高温高圧状態の岩石の地震波速度を計測することに成功しました。
 
http://news.mynavi.jp/news/2012/05/07/030/
 
これにより、地球のマントルは上部と下部で組成が異なる可能性が濃厚になりました。
これまでも、マントルの上部と下部で地震波速度が異なることはわかっていました。しかしそれがマントルの結晶構造の違いによる物か、組成の違いによる物かは不明でした。
 
どちらかというと結晶構造の違いが原因ではないかという学説の方が強かったです。私も大学ではそう習いました。
 
なぜマントルの組成が一様であると考えられていたかというと、プレートテクトニクス説ではマントルは対流していると推測されているからです。お風呂の水のように熱い物質は対流して上と下で混ざり合いながら冷えていきます。マグマよりも更に粘っこいマントルでも40億年も対流していれば混ざり合うだろうと考えられていたのです。
 
しかし今回地球は、組成はマントルと核という2層構造ではなく、少なくとも上部マントル、下部マントル、核という3種類の物質で構成されていることがわかってきました。核も内核と外核で組成が異なるという説があります。
 
実は地球の組成がこれほど複雑であることは、地球が50~40億年前に隕石の集合によって成長してきたという太陽系の成長モデルにとって不利な結果をもたらします。
 
普通に考えればわかるように、隕石同士が衝突して衝突時の熱でドロドロに溶ければ、よく混ざり合います。数限りなく隕石が衝突すればそれだけよく混ざり合うことになります。
 
地球には組成ごとに同心円上の層を作り出そうという仕組みもあります。自転です。自転する地球は遠心分離機のような物で、従来はこの自転によって、40億年前にできたマグマオーシャンは外側にケイ素のように軽い物が集まり、内側に鉄のような重い物が集まったと考えられてきました。
 
しかしこの学説は物理的におかしいのです。解け合った液体をいくら遠心分離機にかけても、分離はしないからです。個体の粒が混ざり合った状態でないと遠心分離はできません。
 
混ざり合ったタンパク質を遠心分離することはできます。これはタンパク質が、水や油には完全には溶けないのと、ある程度大きさを持っているからです。
 
原始地球が遠心分離できたとすると、衝突した岩石は完全には混じり合っていなかったことになります。
 
原始地球はゴロゴロとした隕石が集まった状態で、自転によって遠心分離され、上部マントル、下部マントル、核に分かれた後に、溶けたのでしょうか?しかしそれだと、地球は原始に遡れば遡るほど熱かったはずなのに、昔は溶けずに、数億年経ってから温度が上昇して溶けたことになります。

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