地球中心の超高圧高温状態（364万気圧・5,500度）をレーザー加熱ダイヤモンドアンビルで実現 地球内部のあらゆる物質が人工合成可能に
引用元: プレスリリース＜JAMSTECについて＜独立行政法人海洋研究開発機構.
独立行政法人海洋研究開発機構 地球内部ダイナミクス領域の廣瀬敬招聘上席研究員、巽好幸プログラムディレクター、東京工業大学の舘野繁彦特任助教、及び財団法人高輝度光科学研究センター利用研究促進部門の高田昌樹部門長・大石泰生主幹研究員らは、レーザー加熱ダイヤモンドアンビル装置を使って、地球の中心に相当する超高圧・超高温の状態（364万気圧、5,500度）を実験室内で実現することに、世界で初めて成功した。
この技術により、地上にある物質を用いて地球内部に存在するあらゆる物質を人工的に合成することが初めて可能になったという。
地球（半径6,400km）の内部は、何層にもわたる成層構造を成す。ケイ酸塩により構成される岩石からなる地殻の厚さは5 kmから30km。地殻の下は固体の岩石からなるマントルがあり、深さ2,900km（136万気圧）まで続く。マントルの内側には金属コアが存在し、深さ5,100km（329万気圧）までが液体コア（外核）、中心部には固体コア（内核）がある。
地球の断面図と内部の圧力温度
ダイヤモンド鉱山などでは、深さ200km程度までの部分からマグマと一緒に上がってきた岩石を見つけることができる。だが、それより深い部分から岩石を手にすることはできない。そこで高圧高温実験で200kmより深い部分の岩石や金属を人工的に合成し、その性質を調べる研究が行われている。地球の内部の構造や地球の成り立ちを理解するには、このような高圧高温実験がきわめて重要だ。
しかしながら地球内部は中心は364万気圧、5,000度以上にも達する。その超高圧高温状態を実験で実現することには成功していなかった。そのため地球の金属コアについてはまだまだ多くの謎が残されており、さまざまな物性予測や地震学的データの解釈に必要な結晶構造の情報すら得られていなかった。
超高圧超高温発生の技術開発には「レーザー加熱ダイヤモンドアンビル装置」が使われて来た。ダイヤモンドアンビルは向かい合わせた二つのダイヤモンドの間に試料を挟み圧力を発生させる装置。高い静的圧力を発生することができる。さらにダイヤモンドを通して試料に近赤外レーザーを照射することにより、超高圧下で超高温を発生させることができる。
レーザー加熱ダイヤモンドアンビル装置
ダイヤモンドアンビル (側面)
約10年間、ダイヤモンドの先端部の形状に工夫を加えたり、部品の加工精度を1ミクロン以下に抑えるなどの努力を積み重ねてきた結果、今回、ついに364万気圧・5,500度という超高圧超高温の発生に世界で初めて成功した。これまでの記録は300万気圧・1,700度であり、これも今回の研究グループが2005年に達成したものだった。
今回は、ダイヤモンドの先端の平坦部（直径40ミクロンのほぼ円形）に20 ミクロンの試料をつめて実験を行った。極微小試料の分析は難しかったが大型放射光施設「SPring-8」の高輝度X線を用いることにより、構造解析が可能となったという。
今回、地球中心に相当する364万気圧・5,500度に至る、超高圧超高温実験に成功したことで、地球中心はおろか、固体コア（内核）の圧力温度が実現され、地球内部すべての圧力・温度状態を実験室内で実現することが可能となった。
超高圧高温の発生
地球の液体コア（外核）に10%ほど含まれているとされる軽元素（水素、炭素、酸素、ケイ素、硫黄など）の成分は50年以上議論されているが、未だにわかっていない。これら軽元素は地球形成時にコアに取り込まれたものと考えられるため、その正体をつきとめることで地球形成のシナリオ作りに大きく貢献でき、コアの圧力温度を直接実現した実験を行うことは、それらを理解するための最も有効な手段だという。
また、近年次々と発見される太陽系外の地球型惑星（スーパーアース）や、木星、土星などの巨大ガス惑星の内部構造やダイナミクスの解明にも役立てることができるとしている。
日本大学文理学部
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