不純物があるからといってダイヤモンドに不満を抱かないでください！地球の深層水源の秘密が明らかになるかもしれない

希少ダイヤモンドは、科学者が考えていたよりも地球の深部で水が存在することを示唆している

ダイヤモンドに含まれる鉱物には、リングウッダイト、エンスタタイト、フェロペリクリスタリンなどがあります。 （写真提供：ネイサン・D・レンフロとティンティン・グ）

珍しいタイプのダイヤモンドは、科学者がこれまで考えていたよりも地球内部の奥深くまで水が浸透している可能性を示唆している。

地球の表面の70パーセントはすでに水で覆われており、地表から200マイル（322キロメートル）以上の深さには、地殻の上に「浮かぶ」半可塑性の層であるマントルを含む鉱物に閉じ込められた水がある。科学者たちは長い間、上部マントルがより高温で密度の高い下部マントルに移行するにつれて、鉱物中の水の量が劇的に減少すると信じてきた。

しかし、2022年9月26日にネイチャージオサイエンス誌に発表された新たな研究で、研究者らはある種のダイヤモンドの中に他の鉱物の微小な破片と思われるものが含まれていることを発見した。このダイヤモンドは上部マントルと下部マントルの境界に存在する可能性があり、より多くの水を保持できます。この研究結果は、科学者が考えていたよりも地球の深部に水が存在する可能性があることを示唆しており、深層水の循環やプレートテクトニクスに関する理解に影響を与える可能性がある。これらははるかに多くの水を保持することができ、上部マントルと下部マントルの境界に存在しているようです。この研究結果は、科学者が考えていたよりも地球の深部に水が存在する可能性があることを示唆しており、深層水の循環やプレートテクトニクスに関する理解に影響を与える可能性がある。

この研究の主執筆者であるティンティン・グー氏は、この結果は予想外のものだったと述べた。ニューヨーク市宝石学会フェローとしてこの研究に携わったティンティン・グー氏は、現在はインディアナ州パデュー大学の鉱物物理学者である。

グー氏と彼女の同僚は、ボツワナのカロウェ鉱山から産出される極めて希少なIaB型ダイヤモンドを調べた。それは地中深くで形成され、長い間隠されていました。ダイヤモンドを研究するために、研究者らは、レーザーを使って非破壊的に物質の物理的特性を明らかにするラマン顕微分光法や、ダイヤモンドを切開せずに内部構造を観察するX線回折法など、「非破壊」形式の分析法を採用した。

顧廷廷氏は、ダイヤモンドの含有物の中に、研究者らがリングウッダイトと呼ばれる鉱物を発見したと述べた。これはカンラン石と同じ化学組成を持ち、上部マントルの主成分だが、極端な温度と圧力下でのみ形成される。科学者が隕石サンプルでそれを発見したのは2014年になってからだった。リングウッダイトは、通常、地球の表面から約255～410マイル（410～660キロメートル）下の上部マントルと下部マントルの間の遷移層で発見されると、研究著者らは指摘している。

ブリッジマナイトとフェロペリクレースは下部マントルの主な鉱物ですが、新たに発見されたリングウッダイトはそれらよりもはるかに高い水分含有量を持っています。

しかし、リングウッダイトを取り囲む鉱物は通常の遷移帯の鉱物とは異なりますが、下部マントルの典型的な鉱物形態です。リングウッダイトを取り囲む鉱物は地球深部からの特性を保持しているため、研究者は鉱物が受けた温度と圧力を遡ることができます。彼らは、鉱物の深さは地表から約410マイル（660キロメートル）、この遷移帯の端近くにあると推定している。さらに分析により、水和または水飽和環境では、リングウッダイトは下部マントルに近い鉱物に分解する過程にある可能性があることが示され、水が遷移層から下部マントルまで浸透する可能性があることを示唆する発見となった。

この 1.5 カラットのダイヤモンドには、下部マントルで形成された鉱物の証拠となる内包物が含まれています。 （写真提供：Tingting Gu）

研究チームは、これまでの研究でダイヤモンドの内包物の中に下部マントルのいくつかの鉱物形態が見つかっているが、この内包物における物質の組み合わせは独特であると指摘した。研究者らは、これまでの研究結果に基づくと、これらの鉱物が下部マントルに含水鉱物が存在することを示しているかどうかを判断することはできないと述べた。これまで地球表面から約7マイル（11キロメートル）下の岩石を直接採取した人は誰もいなかったため、今回の発見は地球のマントルから鉱物が発見された数少ない例の一つだ。

顧婷婷氏は、この研究結果は地球表面と深部の間の水の循環である深層水循環を理解する上で重要な意味を持つ可能性があると述べた。

顧廷廷氏はまた、「水をより深く貯蔵できれば、水循環の時間スケールは実際にはより長くなるだろう」と指摘した。つまり、地下深くに水を貯蔵すると、水が再生されるまでに時間がかかるということになります。

この発見はプレートテクトニクスのモデルにも影響を与える可能性がある。グー氏は、科学者たちがこの研究結果を、マントル内の水が地球内部の対流などのプロセスにどのような影響を与えるかを示すモデルに組み込むことができることを期待していると述べた。この海流は地球のマントルを不均一に加熱することで作用し、より高温の部分が上昇し、何百万年もかけて地球のプレートを移動させます。

内包物はダイヤモンドの価値を低下させる欠陥とみなされることもあるが、グー氏は内包物が貴重な科学的情報を提供できると考えている。

「購入したダイヤモンドに内包物があっても、心配しないでください。それが何であるかは分からないのですから」とグー氏は語った。

著者:レベッカ・ソン

FY: 大陸

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