Aug 23, 2014

地球内部には水素と炭素が大量にある

水素は、最も軽い元素です。

常識的には、水素分子は軽いため、この地上世界の圧力と温度では気体となり、散逸します。

軽い水素ガスは、地球の大気圏から、毎秒、約3kgずつ宇宙の彼方に失われているそうです(惑星の水素喪失)。

地上では、水素原子は、酸素との化合物である水、H2Oとしての海水中に元素として大量に存在します。また、石油、ガソリン、私たちの体の成分としての炭化水素の成分元素としても水素は存在します。

私の勉強不足だったのですが、このとても軽い水素元素が、地球の内部の中心のコアの大きな割合を占めていることが、現代の科学の学説になっています。「水素と金属―次世代への材料学 (材料学シリーズ)、 深井 有 さん他著 5ページ」に解説されています。

それによると、地球コアの水素対鉄の比率は、おおよそ 1対5です。つまりコアの主成分の鉄の中に、水素が二割前後含まれる、水素が鉄に溶けている状態です。その理由は地震波の速度の観測で、鉄だけでは説明のつかないコアの重量密度の軽さ(鉄より10%軽いこと)から来るものです。

惑星地球誕生時の想像で、高熱のマグマ・オーシャンの中で、含水珪酸塩が分解してできた水、H2Oと鉄原子 Feが反応して、鉄水素化物と酸化鉄になり、酸化鉄は珪酸塩に吸収され、軽いのでマントルと地殻へ移動、鉄水素化物と反応しきれなかった残りの鉄はコアとなった。

以上が、「水素と金属」での解説です。

地球の地下の内部構造は、地殻(厚さ 約35km前後)、マントル(厚さ 約2856km前後)、コア(厚さ  約3480km前後)だそうです。マントルは上部マントル(厚さ 約635km前後)、下部マントル(厚さ 約2200km前後)、コアは、外殻(厚さ 約2260km前後)、内殻(厚さ 約1220km前後)だそうです。この厚さの数字は一応の目安です。例えば海洋部の地殻は大陸部よりずっと薄いそうです。

地殻は、地球内部の岩石に比べれば軽い岩石の固体です。マントルも岩石ですが、高熱であるため、とても粘り気のある液体だそうです。コアの外殻は鉄とニッケルが溶けたさらさらの液体ということですが、10%以上の大量の水素とおそらく炭素も溶けているそうです。コアの内殻は高温であっても固体の鉄とニッケルが主成分だそうです。

ということで、地球中心部のコアの外殻には、鉄とニッケルだけでなく、量で極めて大量の水素と炭素があると推定されています。おそらく酸素も大量にあります。(結局のところコアの外殻には、鉄とニッケルの他に軽い水素、炭素、酸素が大量にあると予測されています)

水素と炭素が化合すれば炭化水素、つまり、石油、天然ガスや石炭であるということになります。

マントルは溶けた岩石ですが、これの成分はカンラン石といわれています。が、しかし、地球中心部のコアの外殻には、水素、炭素と酸素が大量にあるのですから、マントルにも水素、炭素と酸素が溶けていると考えることは自然なことであると、私は考えています。

であれば、マントルの上にある地殻にも水素と炭素が大量に含まれていて何の不思議もありません。実際、炭鉱の石炭、油田の原油、ガス田の天然ガスがそれです。

人類の今の技術では、これらの地下の理論は、すべて間接的な観測から来る推測でしかありません。地殻を突き破って、マントルので掘り進んだ人は、まだいないのですから。

石油が枯渇するとか石炭が枯渇するとかいう人がいます。確かに地面に巨大なストローを突き刺せば自然と吹き出すような石油、つまりこれまでに多く見つかった陸上の油田は、もうなかなか見つからないのかもしれませんが、水素と炭素という元素そのものは、地下に極めて大量にあるという理論はあるのですから、それが燃えていない形、つまり燃やせる形でなんとか低価格で取り出せないかと考えることが、前向きということではないでしょうか。もっとも、当然ですが、他の技術との価格競争になります。

石油は化石燃料だという説で、素人の私が不思議に思うことを書きます。石油の場合、海底や湖底に沈んだ微生物の死骸が堆積してその後に石油を通さない粘土の層が被さって石油になったという説が、有機生成説ですが、ちょっと冷静に考えるとオカシイところがあります。それは、海底や湖底に沈んだ微生物の死骸の石油成分はいわゆる脂肪ですから、当然水より軽いわけで、死骸が分解すると、脂肪成分は浮かんでしまい、水面に浮上して他の生物の餌になるはずです。実際に原油の比重は、水より軽い0.8-0.98です。だから、微生物の死骸の脂肪分が湖底や海底に堆積することは、ありえません。この不思議を有機生成説は説明できているのでしょうか。仮に、天変地異で、油田になるほどの大量の生物が一気に地下に閉じ込められるとすると、その天変地異の可能性は火山の爆発ぐらいでしょうか。そうであれば、爆発の後の火山岩の上に石油を通さない粘土で覆われることが必要となります。ところが、粘土層は火山性ではない性質であり、川の下流や海底とかの泥が堆積するところでのみ粘土ができるはずです、油田の多くで、粘土層の下に火山岩が見つかったという報告は、まず聞いたことがありません。実際に世界の油田地帯は火山地帯にはありません。


石炭は顕微鏡で見ると植物の化石が見えるから化石燃料だという説になっていますが、私はなかなか納得できません。石炭には種類があるのですが、最も高品質な石炭である無煙炭について考えましょう。それは、炭素の含有率が高く、水分が10%以下です。この無煙炭の中に木の化石が、当時の木の形のままで見つかるとしたら、ちょっとオカシイことになります。もともとの木は水分が10%以下ということはありえないので、木の死骸の隙間に炭素がどこからか供給されてきて石炭になったと考えないといけないことになります。このあたりが、化石由来する有機成因説が詳しく説明できていないことであり、私が納得いかない点です。低品質の褐炭となりますと、水分が60%-30%になります。しかしながら、褐炭でさえも水分が少いのです。生きている木材は、芯材で40%-50%の含水率であり、辺材では、100%-200%であります。乾燥した木材は、水分が抜けて、スカスカしているから軽くて丈夫なのです。この抜けたところに、地下から湧いてきた無機由来の粘り濃い石油が染みこんで石炭になったと考えると、私は了解出来るわけです。

次回は、メタンハイドレートの採掘方法の案です。