落雷でこれまで地球上で存在が確認されていない新物質が生成されたとの報告

雷は比較的身近な自然現象ですが、大規模な放電で発生した高エネルギーにより反物質が生成されることが判明するなど、まだまだ科学的な発見の尽きない現象でもあります。新しく、木に落雷した跡地で見つかった閃電岩(フルグライト)という鉱物の中から、宇宙の物質と地球上の鉱物の間にあるギャップを埋めるまったく新しい鉱物グループが見つかった可能性があるとの論文が発表されました。

Routes to reduction of phosphate by high-energy events | Communications Earth & Environment
https://doi.org/10.1038/s43247-023-00736-2

USF geoscientist discovers new phosphorus material after New Port Richey lightning strike
https://www.usf.edu/news/2023/usf-geoscientist-discovers-new-phosphorus-material-after-new-port-richey-lightning-strike.aspx

Lightning Struck A Tree And We Got A Brand New Phosphorus Mineral | IFLScience
https://www.iflscience.com/lightning-struck-a-tree-and-we-got-a-new-phosphorus-mineral-68429

以下は、サウスフロリダ大学の地球科学者であるマシュー・パセック氏らがフロリダ州の落雷現場から回収した、「雷の化石」ことフルグライトの写真です。このフルグライトは中が空洞になったチューブ状のガラス質でできており、大きさは直径2センチ、長さ7センチでした。

このフルグライトが見つかったのは、フロリダ州ニューポートリッチーの民家です。落雷の痕跡から鉱物を見つけた家主は、それが価値のあるものだと気づき、売りに出すことにしました。そして、それを購入したパセック氏は、イタリア・フィレンツェ大学の結晶学者であるルカ・ビンディ氏らとともに鉱物の分析をしました。

フルグライト自体も希少な鉱物ですが、パセック氏らの研究チームの分析により、このフルグライトの中に亜リン酸カルシウム(CaHPO3)に似た特異な物質が隠されていることが判明しました。

フルグライトを持っているパセック氏。

by Matthew Pasek/University of South Florida

この物質を構成するリンやカルシウムといった元素はいずれも一般的なものなので、一見するとそれほど珍しくないように思えます。しかし、研究チームによると自然界にあるリンの鉱物は酸化数が「+5」のものと、「-1」のものしか見つかっておらず、今回見つかった酸化数が「+3」のものは、天然の鉱物からは見つかったことがないそうです。

パセック氏はこの物質について「これが地球上に自然に存在するのは見たことがありません。いん石や宇宙空間でよく似た鉱物が見つかることはありますが、まったく同じものは見たことがありませんでした」と話しました。

論文の共著者であるサウスフロリダ大学のTian Feng氏が、フルグライトから見つかった物質を再現しようと試料を1000度まで加熱しましたが、実験室内で作ることはできませんでした。これは、「+3」の酸化数のリン鉱物を得るには、非常に特殊な条件と適切なタイミングがそろわなければならないことを示しています。研究チームは、試しにフルグライトに含まれていた鉄やケイ素も添加してみましたが、結果は変わりませんでした。

研究チームは、フロリダ州のような湿潤な気候では樹木の根に鉄分が蓄積されることが多いことや、フルグライトで見つかった物質に微量の鉄分が含まれていることなどから、「この生成物は落雷によって木に含まれている炭素と木の根に蓄積された鉄分が燃焼してできたもの」と考えています。

今回見つかった物質は、いん石で見つかるものとよく似ているため、いん石の由来に関する手がかりになると期待されています。また、これが地球上で見つかったことから、地球上におけるリンの動きであるリン循環に関する知見に影響を与え、地球の生命の歴史をひもとく鍵になる可能性も秘めています。

Feng氏によると、研究者たちの間では「雷によるリン酸塩の還元が初期の地球では広く起きていた」と考えられているとのこと。このプロセスには、まだ解決されていない問題が残されていますが、今回の発見によりこれまで考えられてこなかった形でリンが存在しうることが示されたため、これが初期の地球における生命の発達に重要な役割を果たしていた可能性が見えてきました。

パセック氏とビンディ氏は今後、今回見つかった物質を正式に新しい鉱物と宣言できるかどうかを判断すべく、さらなる調査を進める予定です。