ポストペロブスカイト

ポストペロブスカイト：地球深部を解き明かす鍵

地球深部のマントル最下層、深さ約2,900キロメートルから地球の中心核までの領域は、想像を絶する高温高圧の世界です。この過酷な環境下で安定して存在する鉱物が、ポストペロブスカイトです。ケイ酸マグネシウム(MgSiO3)を主成分とするこの鉱物は、地球内部構造の理解に大きく貢献しています。

ポストペロブスカイトの性質

ポストペロブスカイトは、地球マントルの主要構成成分である酸化マグネシウム(MgO)と二酸化ケイ素(SiO2)から成り、独特の結晶構造を持っています。その構造は、CaIrO3という化合物と同じ直方晶系で、SiO6八面体がb軸方向に規則正しく積み重なった形をしています。地表付近のマントルでは、MgSiO3は頑火輝石として存在しますが、深部マントルの超高圧下では、ペロブスカイト構造からポストペロブスカイト構造へと相転移します。この相転移は、地球内部のダイナミクスや物質移動を理解する上で重要な意味を持っています。

発見と研究手法

ポストペロブスカイトの発見は、2004年に日本を中心とする研究グループによって成し遂げられました。東京工業大学と海洋研究開発機構/スイス連邦工科大学の2つのグループが、独立してその存在を明らかにしました。この画期的な発見には、兵庫県にある大型放射光施設SPring-8と、レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル(LHDAC)といった最先端技術が不可欠でした。LHDACは、実験室で地球深部の温度と圧力を再現できる装置で、SPring-8の高輝度X線を用いることで、超高温高圧下での結晶構造解析が可能となりました。さらに、古典力学と量子力学に基づいた分子シミュレーションも、ポストペロブスカイトの研究に大きく貢献しました。これらの研究成果は、ScienceとNatureという世界最高峰の科学雑誌に掲載され、大きな注目を集めました。愛媛大学の研究グループも第一原理計算による理論シミュレーションで、ポストペロブスカイトの安定条件や結晶構造変化の詳細を明らかにしました。

「ポスト」の意味

ポストペロブスカイトという名前は、地球マントルの広い範囲で安定なペロブスカイト構造を持つMgSiO3に由来しています。「ポスト」は、圧力が増加するにつれてペロブスカイト構造の後に現れることを意味しています。これは、高圧鉱物物理学の進歩を示す、重要な命名と言えるでしょう。

地球科学への貢献

ポストペロブスカイトの発見は、地球科学に大きなインパクトを与えました。地球マントルの最下層の物理的性質、化学的組成、そしてダイナミクスに関する理解を深める上で、重要な知見をもたらしました。さらに、ポストペロブスカイトの研究は、地球内部の物質循環や熱輸送プロセス、プレートテクトニクスといった地球規模の現象を理解する上で、重要な役割を担っています。今後の研究によって、地球深部の謎がさらに解き明かされることが期待されます。

まとめ

ポストペロブスカイトは、最先端技術と理論計算を駆使した研究によって発見された、地球深部マントルの重要な鉱物です。その発見と研究は、地球科学の進歩に大きく貢献し、地球内部構造の理解を深める上で、今後も重要な役割を果たしていくでしょう。

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