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厚さ１８キロのダイヤモンドの層、水星の地下に存在する可能性 新研究
2024.08.02 Fri posted at 15:30 JST
（ＣＮＮ） 最大１８キロの厚さのダイヤモンドの層が水星の地表の下に隠れている可能性があることが、新たな研究で分かった。水星は太陽系で最小の惑星で、太陽の最も近くに位置する。
これらのダイヤモンドは、およそ４５億年前に水星が誕生して間もなく形成されたとみられる。水星は、塵（ちり）やガスの渦が高温高圧の環境下で結合して惑星となった。
この時、生まれたばかりの惑星の表面には、深部のマグマの海から浮かび上がった黒鉛で出来た地殻があったと考えられる。
今回研究チームは、実験によってこの環境を再現。使用した機器は通常、極端な圧力をかけた場合の物質の反応を調べるためのものだが、同時に合成ダイヤモンドの製造にも使われる。これによって水星のマントルの深部で想定される高温、高圧の環境を作り出せるという。
研究チームはシリコンやチタン、マグネシウム、アルミニウムを含む合成混合物を黒鉛のカプセルに入れ、初期の水星内部における理論上の組成を再現した。その後、カプセルに地球上の約７０００倍の圧力をかけ、温度も最大２０００度にまで上昇させた。これは数十億年前の水星の地殻付近で発生していた圧力、温度の条件に重なる。
研究者らが溶けたサンプルの化学的組成などを電子顕微鏡で調べたところ、カプセルを形成していた黒鉛はダイヤモンドの結晶に変わっていたという。
水星は太陽系の中で地球に次いで最も密度の高い惑星であり、その内部は巨大な金属の核（コア）が全体の８５％を占める。ベルギーのリエージュ大学の地質学部を統括し、今回の研究結果を報告する論文の共著者でもあるベルナール・シャルリエ氏によれば、水星は月や火星と比較して科学者の間での知見が極めて限られている。ただ他の地球型惑星と異なり、太陽に非常に近いことから酸素量が極端に少なく、それが化学的な組成に影響を与えているという。
米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）によるこれまでの調査から、水星は炭素が豊富で、その表面が灰色なのは広範に存在する黒鉛に由来することが分かっている。黒鉛は炭素で形成される。ダイヤモンドもまた純度の高い炭素で出来ており、特定の温度と圧力の下で作られる。
過去のデータで確認されていた水星における硫黄の存在もまた、今回実験を行う上での重要な知見となった。地球の条件と異なり、硫黄が豊富な水星の環境を再現した実験では、硫黄を含まない場合よりもサンプルの融点が下がった。シャルリエ氏によれば、高圧に対して比較的低温という条件は、安定的なダイヤモンドの形成にとって好ましいものだという。
研究論文では、上記の二つの要因から水星でダイヤモンドが形成される可能性があると結論する。
ダイヤモンドの層の厚さについて、研究では１５～１８キロとしているが、これはあくまでも推測に過ぎないとシャルリエ氏は警告する。水星の核が依然として冷え続けるのに伴って、ダイヤモンドの形成は今なお続いているからというのがその理由だ。
それらのダイヤモンドは採掘できるのかという疑問に対し、同氏は将来技術が進歩しても不可能だろうとの見方を示す。ダイヤモンドが埋まっているのは深さ約５００キロの地点だからだ。
それでも、地球で起きている現象から類推するなら、水星でも地下深くのマントルが溶けて発生した溶岩の一部が地表に上昇する際、ダイヤモンドを運んでくると考えるのは合理的だとシャルリエ氏は指摘する。
Translation
(CNN) A layer of diamonds up to 18 km thick might be hidden beneath the surface of Mercury, the smallest planet in the solar system and the closest to the sun.
These diamonds were thought to have been formed shortly after Mercury was born about 4.5 billion years ago. Mercury was formed when vortices of dust and gas combined under high temperature and pressure to form a planet.
At that time, the surface of the newborn planet was thought to have had a crust made of graphite that rose from an ocean of magma deep down below.
This time the research team through experiments recreated the environment. The equipment used was usually used to study how materials react when subjected to extreme pressure, but it was also used to produce synthetic diamonds. This would allow them to create the high temperature and high pressure conditions expected deep in Mercury's mantle.
The team put a synthetic mixture containing silicon, titanium, magnesium, and aluminum into a graphite capsule to recreate the theoretical composition of the interior of early Mercury. They then subjected the capsule to pressures about 7,000 times that of Earth and increased the temperature to a maximum of 2,000 degrees. This corresponded to pressure and temperature conditions that existed near Mercury's crust billions of years ago.
When the researchers examined the chemical composition of the molten samples using an electron microscope, they found that the graphite that formed the capsule had turned into diamond crystals.
Mercury was the second densest planet in the solar system after Earth, and its interior was made up of a huge metal core that made up 85% of its total volume. According to Bernard Charlier, head of the geology department at the University of Liège in Belgium and co-author of the paper reporting the results of this research, scientists had very limited knowledge of Mercury compared to the Moon and Mars. However, unlike other terrestrial planets, Mercury's close proximity to the Sun could mean that the amount of oxygen would be extremely low, which might affect the planet’s chemical composition.
The studies by NASA so far had shown that Mercury would be rich in carbon, and that its grey surface was due to the widespread presence of graphite. Graphite was formed from carbon. Diamonds were also made of pure carbon and were formed under certain temperatures and pressures.
The presence of sulfur on Mercury, confirmed by previous data, was also an important finding for the current experiment. Unlike conditions on Earth, experiments that replicated Mercury's sulfur-rich environment lowered the melting point of samples compared to the environment without sulfur. According to Charlier, with the high pressure, the relatively low temperature was favorable for the formation of stable diamonds.
The paper concluded that these two factors made it possible for diamond to form on Mercury.
The study estimated that the diamond layer would be 15 to 18 kilometers thick, but Charlier warned that this was merely a guess. This was because diamonds were still forming as Mercury's core continued to cool.
When asked whether these diamonds could ever be mined, Charlier said it would be impossible even with future technological advances, since they were buried at a depth of about 500 kilometers.
However, Charlier
noted that, based on what was happening on Earth, it would be reasonable to
assume that on Mercury, when the mantle deep underground melted and some of the
lava rose to the surface, diamonds too could be brought along.
So, according to research, a layer of diamond up to 18 km thick may be
hidden beneath the surface of Mercury, estimating that this diamond layer would
be 15 to 18 kilometers thick and at a depth of about 500 kilometers. It is
reasonable to assume that some diamond may be brought up to the surface as lava
rises to the surface. I am wondering will this research attract human to
explore the possibility in obtaining diamond from Mercury.
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