2001年12月27日木曜日

5_13 宇宙とは

 宇宙とは、一体どこまでを指す言葉なのでしょうか。その実態は、私たちは正確に把握しているのでしょうか。宇宙とは何かについて、そのもともとの定義について、考えていきましょう。

 天文学事典によれば、「すべての天体を含む全空間」とあります。天文学の対象としている天体を含む場として、宇宙が規定されています。
 理化学事典によれば、宇宙とは、「存在する限りの全空間、全時間およびそこに含まれている物質、エネルギーをいう」とあります。つまり、物理や化学が対象とする、全空間、全時間、全物質、全エネルギーを、すべて含んでいるものが、宇宙なのです。
 一方、日常語としては、広辞苑によれば、「世間または天地の間。万物を包容する空間」とあります。つまり、この世に存在するありとあらゆるものが、宇宙には含まれます。あるいは「森羅万象」ともいわれています。「森羅万象」、素晴らしい言葉ではないでしょうか。もちろん、私たちが、まだ知りえない事柄も、宇宙には含まれます。
 日本語の宇宙は、西洋では、英語ではcosmosとuniverseが使われ、フランス語ではunivers、ドイツ語では、KosmosとUniversumが使われます。つまり、西洋では、英語でいうcosmosとuniverseの2つが、宇宙として使われているのです。
 cosmosの語源は、ギリシア語の「秩序と調和の現れとしての完全体系」を意味するものです。命名者はアルキメデスという説があるようですが、定かではありません。ギリシア時代の象徴である秩序、調和、美しさというような、人間にとって意味のある価値観が、cosmosという言葉には含まれています。cosmosの反対語は、chaos(混沌(こんとん))という言葉です。
 もう一つのuniverseとは、ラテン語が語源で、"uni"は「単一(one, single)」という意味の連結形で、"verse"はラテン語の「(turn)」という意味の単語の複合語です。統一や普遍の意味こめられています。
 西洋でできた言葉であるcosmosもuniverseも、現在の宇宙の意味とは少し違っています。
 日本の宇宙という言葉は、中国(過去の中国大陸の国名は、不適切だとは思いながらここではすべて中国と呼びます)から来たものです。宇宙という言葉は、紀元前2世紀(前漢時代)、淮南子(えなんじ)によって書かれた「斉俗訓」の中に、「往古来今謂之宙、天地四方上下謂之宇」という一文があり、それを宇宙という言葉の始まりとしているようです。日本語に読み下しますと、「往古来今これ宙という、天地四方上下これ宇という」となります。つまり、宇とは時間、宙とは空間を意味するということです。「淮南子」は奈良時代に日本に伝えられていますので、日本人も8世紀には、宇宙という言葉を知っていたわけです。
 西洋のcosmosとuniverseには、空間の意味も時間の意味はありませんでした。でも、淮南子の「宇宙」という言葉には、空間と時間を網羅した意味を持っていました。特に、時間をも宇宙の定義の中に取り込んだのは、見事でした。そして漢字文化圏で使われている「宇宙」という言葉は、現在使われている宇宙という意味に一番近い言葉です。それを2000年以上前から使っていたのです。
 昔の中国人の考えた言葉が、現在の科学に通用するものであったとは、素晴らしいではないですか! 近代科学の源流は、すべて西洋にありと思うのは、大きな間違いです。東洋人の、あるいは中国人の考えたことにも、素晴らしいものがたくさんあります。そして、もしかするとそこにこそ、新しい科学の真理が垣間見れるかもしれません。

2001年12月20日木曜日

3_17 核

 地球の中心部。そこには、核(かく)と呼ばれる層があります。核は、まさに地球の芯にあたります。地球の各層について、今まで、その概要を述べてきました。今回がとうとう最後の層となりました。では、その地球の最深部を覗いてみましょう。


 核は、金属の鉄からできています。鉄は、岩石より密度が大きい物質です。だから、地球の一番深部にあるのです。つまり、核でも、地球の層構造の原則、重いものは下、にしたがっているのです。
 核を構成している鉄は、金属のままで、酸化されていません。つまり、核には酸素がないのです。地殻やマントルを構成する岩石にも、鉄が含まれています。でも、岩石内の鉄は、多くが酸化物となっています。酸化物でなくても軽い元素と結びついて酸化状態になっています。ですから、比重の大きな鉄が、地表やマントルに留まっていられるのです。
 さて、鉄でできている核は、地震波で見ると、2層に分かれていることがわかります。核の外側(外核)は、溶けた鉄からできています。内側(内核)は固体の鉄からできています。成分は同じなのですが、相としては全く違うものです。このような固相と液相の違いがあることによって、現在の地球の境界と地球の歴史に影響を与えています。
 液体の鉄は、地球の自転に伴って動きます。金属鉄の流動によって、電流が生じると考えられています。電流が生じると、そこには磁場が発生します。つまり、地球が巨大な発電機となり、発電機は電磁石の作用をするのです。その結果、地球全体が、磁場を持ち、巨大な磁石として振舞います。それが、地球磁場となり、方位磁石(コンパス)が北を指す理由とされています。このような考え方を、地球ダイナモ理論と呼んでいます。
 地球の形成直後は、高温であったと考えられています。現在は、だいぶ冷めていますが、火山活動がおこるということは、地球内部にはまだまだ熱を持っていることを意味します。そのような地球内部の熱源として、核は重要な働きをしていると考えられています。
 一般に液体から結晶ができると熱(潜熱といいます)の放出がおこります。核では、液体の鉄が結晶化することによって、熱が放出されています。その熱は外に向かって、つまりマントルに向かって放出されます。外核の固体化はゆっくりですが、進んでいるのです。外核で形成された鉄の結晶は、まるで雪のように内核の表面に向かって降っています。そして、雪だるまが成長するように、内核が成長していきます。
 熱をもらったマントルは、暖められます。暖まったマントル物質は、周りの暖まってないマントル物質より、比重が軽くなります。そして、あるとき暖まったマントル物質が上昇を始めます。上昇して抜けた場所には、上部から冷たいマントル物質が降りてきます。このような大きな物質の移動が、数1000万年から2億年くらいのサイクルで起こってきたと考えられています。このようはメカニズムをプルームテクトニクスと呼んでいます。
 プルームテクトニクスは、上部マントルの上の方や地殻では、プレートテクトニクスを生みます。そして、火山が発生したり、山脈が形成されたり、大陸が移動したりという現象を生みます。層と層は相互作用をもっています。層には相があり、それぞれの違いがまた、相互作用を生みます。

2001年12月13日木曜日

3_16 マントル

 よくある例えですが、卵を固体地球に例(たと)えると、地殻は卵の殻にあたり、白身がマントルに当たり、黄身が核(コア)に当たります。白身のマントルと黄身の核は、成分が全く違います。成分でいえば、マントルは地殻に似ています。でも、よくよく見ると、マントルと地殻も違いがあります。


 マントルは、地殻より下にあります。ですから、地表に住んでいる私達には、直接見ることはできません。どうすればマントルを「見る」ことができるでしょうか。間接的に見る方法としては、地震波を利用したり、高温高圧岩石合成実験をする方法があります。しかし、一番いい方法は、なんといってもマントルの物質を手に入れることです。地表を丹念に地質調査すると、マントルから持ち上げられてきた物質(それは岩石です)を、少しですが見つけることができます。そのようなマントルの切れ端から、マントルを「覗いて」みましょう。
 前回の「3_15 地殻」で紹介したように、大陸地殻を構成する岩石は花崗岩で、海洋地殻を構成する岩石は玄武岩でした。そして、それは、「重いものが下」という原則で、並んでいました。マントルもやはり、その規則にそっています。マントルを構成している岩石は、花崗岩や玄武岩より重いかんらん岩という岩石からできています。
 かんらん岩は、花崗岩や玄武岩より比重が大きく、主としてかんらん石という鉱物からできます。かんらん石は、オリーブ色をしたきれいな結晶で、英名はその色の通りオリビン(olivine)といいます。かんらん石は、きれいな色から飾り石としても利用されています。かんらん石は、玄武岩にも含まれていますが、かんらん岩では、その岩石名通り、大部分がかんらん石からできています。
 マントルは、地表30kmの深さから2,900kmの深さまでを占めます。温度圧力の条件では、マントルの一番上は温度600~1,000℃、圧力1GPa、一番深いところでは4,600℃、140GPaになります。多分、想像もできないほどの高温高圧だと思いますが、地球の深部とはそんな所なのです。
 かんらん石も、高温高圧条件に置かれますと、かんらん石のままでいられません。つまり、かんらん石が、かんらん石でいられるのは、ある決まった温度圧力の範囲なのです。その範囲を越えてより高温高圧になると、もっと密度の大きな結晶に変化します。このような結晶の変化を相転移といいます。マントルでは、相転移が起こる温度圧力の条件、つまり深さがあります。その境界は、400kmから670kmの範囲で、遷移帯と呼ばれています。その遷移帯を境界として、浅いほうを上部マントル、深いほうを下部マントルといいます。下部マントルは、もちろん、もはや、かんらん石はなく、全く違う種類の鉱物(ペロフスカイトと呼ばれるスピネルの一種)になっています。このような深部の岩石は、天然では見つかりません。でも、高温高圧岩石合成実験において少量ですが作られています。
 地球の体積(全地球の82%をマントルが占める)でも重さ(68%)でも、マントルは重要な構成物であるマントル。その実態は、深くなればなるほど、分かりにくくなります。つまり、手に入いる情報は、私達人類が住んでいる地表から遠くなればなるほど、減っていきます。でも、その情報不足を補うのが、人類の知恵であり想像力なのです。

2001年12月6日木曜日

3_15 地殻

 固体部分の地球で、一番外側にあるのが、地殻です。つまり、地殻が、固体部分では、一番軽い物質です。さらに、地殻は、固体部分で、一番、私たち生命や人類に馴染み深いものであります。地殻を、概観していきましょう。


 地殻は、岩石からできています。地殻の岩石は、種類によって、さらに2つに区分できます。花崗岩(かこうがん)と玄武岩(げんぶがん)の2つです。花崗岩と玄武岩には、さまざまな違いがあります。花崗岩は、白っぽい色で、粒が粗く、比重は小さいです。一方、玄武岩は、黒っぽい色で、粒が細かく、比重は大きいです。玄武岩の方が比重が大きいので、玄武岩が下(あるいは地球の中心に近い内側)にあり、花崗岩が上にあることになります。そして、その一番の現れが、大陸と海洋の地殻となっています。海洋地殻は玄武岩からできています。大陸地殻の上部は花崗岩からできおり、花崗岩の下(大陸地殻下部)には玄武岩な仲間の岩石があると考えられています。
 花崗岩は、古い時代に形成されたものから、最近できたものまで、さまざまな時代ものがあるのに対し、玄武岩は、花崗岩のように古いものは海洋地殻には見当たりません。大陸地殻には、新しい時代にできた花崗岩が付け加わり、地表に残されているのに対し、海洋地殻は常に更新されているのです。
 このような花崗岩と玄武岩、あるいは大陸地殻と海洋地殻の関係は、どのように説明されているのでしょうか。現在の大陸地殻と海洋地殻の関係は、プレートテクトニクスで説明されています。海洋地殻と大陸地殻の接点には、海溝(かいこう)が形成され、そのさらに大陸側には、島弧(とうこ)と呼ばれる火山活動の活発な地域が形成されます。島弧の地下深部では、花崗岩が形成されていると考えられています。つまり、大陸地殻と海洋地殻の境界では、新しい大陸地殻が形成されているのです。つまり、大陸地殻は常に、増えているのです。
 つぎに、大陸地殻と海洋地殻の関係が、いつごろ成立したのか、みていきましょう。最古の海洋地殻が、38億年前のグリーンランド、イスアにあります。グリーンランドは大陸地殻でできてますが、そこには、玄武岩でできた海洋地殻の小さな断片が残されています。同時期の花崗岩もあります。ですから、最古の大陸地殻と海洋地殻の関係、つまりプレートテクトニクスの証拠が、そこには残されています。その関係は、現在の関係と同じです。地球の地殻の歴史は、38億年前から現在まで、ずっとプレートテクトニクスが重要な働きをしてきたことがわかります。そして、その結果、大陸は常に増加していると考えられます。
 最古の鉱物は、ジルコンと呼ばれているもので、約44億年前(正確には44億0400万年前)まで遡ります。ジルコンが、プレートテクトニクスの直接の証拠となるわけではありません。でも、ジルコンから海やプレートテクトニクスの匂いが漂ってきます。その理由は以下の「風が吹けば桶屋が儲かる」式論法によります。
 ジルコンは、花崗岩に普通に含まれている鉱物です。大部分の花崗岩は、水の存在下で形成されています。水の存在は、海の存在を匂わします。海の存在は、海洋地殻の玄武岩の存在を匂わしっます。海洋地殻の存在は、プレートテクトニクスの匂わします。ほんの微かな匂いです。でも、少ない証拠から夢は広がります。

2001年11月29日木曜日

3_14 生命

 地球には、生命がいます。人類も、その生命の一種です。地球は、現在知られている唯一の生命のいる星です。生命の量は、地球全体から見れば、取るに足らないものです。でも、一つ一つばらばらの個体ですが、生命全体としてみますと、生命圏と呼べるほどの、重要な構成要素となっています。その重要性を見ていきましょう。


 生命は、たった一つの細胞で生きている小さいものから、鯨のように多数の細胞からなる巨大な生物に至るまで、すべて共通性をもっています。それは多様性に富むことです。生命の多様性は、他の層(大気、海洋、地殻など)のものより、はるかに勝っています。その多様性を生む仕組みを、進化といいます。多様性と進化は、生命を特徴付けるものです。まあた生命の多様性と進化は、他の層へも大きな影響を与えます。生命は、大地や、大気、海洋との相互作用をし、お互いに変化してきています。だから、生命は、地球の構成要素として重要な役割をになうのです。
 生命のほとんどは、地表付近と海洋表面付近にいます。例外的に、高山や深海にもいますが、その量は少しです。例外的な場所を含めたとしても、生命は他の層に比べて、量や分布としては、少しです。また、生命は、他の層、つまり、大気、海洋、地殻などなくしては、存在し得ません。大気は、呼吸をするために、海洋は生きる場所、地殻は栄養補給、などとして、他の層がなくてはならないものなのです。つまり、生命とは、他の層への依存のもとに存在し得るのです。
 生命は、一方的依存だけでなく、相互作用をしています。それが、他の層に大きな変化を与えました。一番の変化は、生命という新たな物質循環を生み出したことです。その一番の事例が、地球の表面を酸化的環境に変えたことです。酸化的環境とは、原子や分子が酸化されやすい状態です。原始の地球は、金星や火星と同じような環境で、今ほど酸化的環境ではなく、太陽系の惑星としては、普通の環境でした。でも、今の地球は、非常に酸化的環境です。それは、大気や海洋に酸素分子(遊離酸素といいます)をたくさん含んでいるからです。酸素は、他の原子や分子を酸化させる機能をもっています。このような酸素が大気や海洋にあるという状態は、他の惑星には見られない特徴です。
 生命が誕生するまで、大気には多くの二酸化炭素が、海洋には炭酸イオンが含まれていました。初期の生命も、そのころの環境に適応した生活をしていました。つまり、原始の海洋の酸化還元環境に適応していたのです。しかし、生命を特徴付ける多様性と進化が、別の道を選びました。
 約20億年前に大量の発生したシアノバクテリアは、光合成を利用してより効率的は養分を得る仕組みを利用していました。そのころのシアノバクテリアは、ストロマトライトといいう岩石として大量に見つかります。シアノバクテリアの生活の廃棄物として、酸素が、大量に海洋に投棄されました。それまでの環境に適応していた生物には、とんでもない環境破壊が起こったのです。酸素は、それを解毒できない生物にとっては、猛毒でした。酸素は強力な酸化能力を持っています。生物の体を酸化して、有機物を分解してしまいます。そのため、当時きていた大部分の生物種は、絶滅したはずです。想像を絶する大絶滅が、20億年前には起きたに違いありません。
 そのころの酸化的環境への変化の産物として、約20億年前に形成された大量の縞状鉄鉱層が、世界各地の大陸から見つかっています。その量は、数100mの厚さの地層として、何10km、数100kmにわたって分布しています。縞状鉄鉱層は、海に溶けていた鉄のイオンが、酸素の供給によって、サビとして沈殿したものです。それを、私たち人類は、文明にはなくてはならない鉄資源として利用しています。
 酸化的環境への激しい環境変化を生き延びたのは、ほんの一握りの生物だったに違いありません。昔のままの環境を残す深海や、地殻深くなどのかろうじて絶滅を免れた生物がいたにすぎません。光合成をする生物と酸素を解毒できる生き物だけが生き延びました。その種類数は少なかったはずです。でも、持ち前の進化によって再び多様性に富む生物圏を作り上げました。やがて、酸素を解毒するだけでなく、エネルギーとして有効に利用する生物がでてきました。それが、私たちの祖先となるわけです。
 生命には、大量の炭素が使われています。その炭素は、かつて大気や海洋、地殻にあったものが、生命の材料として利用されました。そして、死んだ生物の炭素は、再び他の層にもどり、あるものは他の生物のものとなります。地球全体の生命の量(バイオマス)が、変化しない限り、ある一定量の炭素は、生命という層の中にあります。他の生命を構成している元素や物質についても同様のことがいえます。
 地球誕生のころ、地球には生命がいませんでした。あるとき生命ができ、そして長い時間と進化によって、現在のような大量の生命が形成されました。物質循環という視点からすると、生命は、酸素や炭素など元素の層移動の重要な原動力なっています。それは、生命だけでなく他の層をも巡る循環なのです。

2001年11月22日木曜日

3_13 海洋

 地球は、よく「水惑星」と呼ばれます。その理由は、地球の表面には、海が広く分布するからです。その広がりが、地球を青く見せているのです。「青い地球」の青の海では、どのようなドラマが繰り広げられたのでしょうか。


 海。それは、大部分が水からできています。水とは、H2Oです。でも、H2Oの液体が存在するには、非常に限られた条件を満たさなければなりません。それを、地球が満たしていたのです。そして、液体のH2O、水が存在したから、私たち生命が地球に存在できるのです。水と生命には切っても切れない関係があります。
 原始の地球の材料に、H2Oが含まれていました。そのおかげで、地球には、初まりからたくさんのH2Oがありました。H2Oというのは、太陽系だけに固有のものではなく、宇宙では比較的たくさんある成分なのです。ですから、太陽系の惑星には、もともとH2Oが含まれていたり、今もたくさん含まれています。材料を見ると、地球は選ばれた星ではなっく、ごくありふれた星なのです。
 H2Oがたくさんあっても、H2Oは温度によって、冷たければ(地表では0℃以下)固体の氷になり、熱ければ(地表では100℃以上)気体の水蒸気になります。太陽系の惑星の表面温度を決定する一番大きな要因は、太陽からのエネルギー量です。太陽に近いと熱く、遠いと冷たくなります。その中間的な位置では、H2Oが液体の水となるのです。
 地球は、水が存在できるような太陽から位置にあったのです。でも、地球だけでなく、火星も、液体のH2Oが存在できる条件を備えていました。ですから、かつては、火星の表面には、地球のように、海があったと考えられています。火星が小さかっため、引力が弱く、大気がだんだん宇宙空間へ抜けていって、薄い大気の冷たい星になったと考えられています。さらに遠い惑星では、H2Oは氷になっています。逆に、地球より太陽に近い、金星や水星は、熱さのため、液体の水は存在しません。
 隕石の衝突で熱かった原始の地球は、隕石の衝突が収まってくると、冷めてきます。すると、大量にあった水蒸気は、雨となって降ってきます。それが、やがて海になります。
 海は、水が主成分ですが、その他の成分も混じっています。それは、水が、他の成分を非常に溶かしやすいという性質を持っているからです。海水には、ナトリウムイオン(Na)と塩素イオン(Cl)が大量に溶けています。NaとClは、しょっぱさのもとである塩(しお)(NaCl)となります。次いで多いのが、マグネシウムイオン(Mg)です。マグネシウムはニガリのもとです。さらに、イオウイオン(S)、カルシウムイオン(Ca)、カリウムイオン(K)が、溶けている(溶存)成分として続きます。
 海の水の歴史は、まだ解き明かされていません。海水の量は、昔から現在ほどの量があったのでしょうか。また、海水において、上で述べたような成分は、いつごろからあったのでしょうか。成分やその濃度に、変化はなかったのでしょうか。このような素朴な疑問に対する仮説はあるのですが、まだ定説まで至っていません。
 でも確かなことがあります。それは、生命が、35億年前には、海の中で生まれていたということです。そして、生命の中には、体液として海の記憶があります。生理食塩水の塩分濃度は、3.5%です。これは、海水の塩分濃度と同じです。だから、もしかすると塩分濃度は、今も昔も変わらないのかもしれません。すると、生命は、非常に薄い溶液の中で生まれたことになります。
 実は、そこが問題なのです。現在のような海水があるだけの条件では、生命は誕生できません。生命誕生には、生命にいたるための分子をつくるのに、エネルギーも必要だし、成分も濃集されている必要があります。エネルギーの供給の多いところは、環境としては、苛酷で、変化が激しいところです。そんな環境が、今もあるのでしょうか。
 少しですが、現在もあります。それは、熱水の噴出口です。中央海嶺と呼ばれるマグマの活動の激しいところでは、多様な成分が溶けこんだ熱水が噴出を続けています。そのような環境は、過酷ですが、特殊な成分の濃集や、激しい化学変化やおこっています。ですから、多くの科学者は、生命の誕生の場が、深海の熱水噴出口ではないかと考えています。
 その有力な証拠として、35億年前の化石が見つかった環境が、地質学的調査から、海嶺の熱水噴出口だったとされています。また、傍証として、原始地球の表面は冷めたとしても、内部はまだ熱ければ、火山活動が激しかったと考えられます。となれば、熱水噴出口も地球の各地にあったと考えられます。そこでは、生命の合成実験が日夜繰りかえされていたのです。そして、少なくともその一つは成功して、それが、私たち生命の祖先となったのです。

2001年11月15日木曜日

3_12 大気

 大気。それは、地球の周りに、ほんの少しだけ、本当に薄くまとわりつくベールのようなものです。スペースシャトルからの映像を見ると、その儚(はかな)さがよくわかります。そんんな薄い大気ですが、われわれ地球生命にとっては、なくてならないものです。そして、大気は、長い地球の歴史の中で、変化を遂げ、今の姿になったのです。


 地球の大気は、空気と呼ばれています。空気は、8割の窒素(N2)と2割の酸素(O2)、そして少量のアルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)からできています。と、よく言われますが、正確には、いくつかの前提を話すべきです。まず、この比率は、地表付近のものであること、そして大気組成は、体積や重量での比率を区別することが重要です。地球付近の窒素の体積比は78.088%、重量比は75.527%で、酸素の体積比は20.949%、重量比は23.143%で、アルゴンの体積比は0.93%、重量比は1.282%で、二酸化炭素の体積比は0.035%、重量比は0.0456%となります。窒素や酸素は、主成分であることと、分子量に大きな差がありませんので、窒素と酸素が、8割と2割で体積でも重量でも差があまりでません。ですから、あいまいな表現でもよかったのですが、例えば、分子量(正確には原子量)の大きな(83.7)クリプトン(Kr)は、体積比では0.000114%で、重量比では0.000330%となり、値としては3倍あるいは3分の1もの違いが生じます。話が脱線しました。戻しましょう。
 さて、なにげなく吸っている空気。これは、いつからあったのでしょうか。地球誕生の時からでしょうか。それとも、あるときにできたのでしょうか。
 前回も少し紹介したのですが、実は、地球形成の歴史から考えられる最初の大気は、今とは全く違ったものだと考えられています。地球の素材である隕石から出てくるガスは、水蒸気(H2O)や二酸化炭素(あるいは一酸化炭素)、窒素を主成分とするものです。水蒸気は、原始の地球が冷めてくると、液体の水となり、集まってやがて、海洋になります。ですから、冷めた地球では、二酸化炭素(あるいは一酸化炭素)と窒素が、原始の大気(空気ではありません)の主成分となっていたのです。
 今の大気と比べて、原始地球の大気は、酸素がなく、二酸化炭素が多いものだったのです。これは、隣の金星や火星の大気が、二酸化炭素と窒素を主成分とすることも、傍証となります。ということは、何らかの作用で、原始地球の大気に、酸素が加わり、二酸化炭素が抜けていったことになります。駆け足になりますが、45億年のストーリを紹介しましょう。
 酸素は、生物がつくったのです。浅い海にすんでいたシアノバクテリアが、その役割を果たしたのではないかと考えられています。シアノバクテリアは、光合成をする生物です。光合成とは、葉緑体という器官で、光のエネルギーを使って、二酸化炭素と水から、炭水化物などの有機物と酸素をつくる作用です。シアノバクテリアが長年にわたって、光合成を続ければ、やがて、大量の酸素が大気中に蓄積されます。
 大気中の二酸化炭素は、ある比率で海の中にも溶け込みます。その溶けた二酸化炭素が、光合成には利用されています。そのほかにも、化学的に炭酸カルシュウム(CaCO3)として沈殿したり、生物の殻や骨など(これも多くは炭酸カルシュウム)、あるいは有機物(最終的には炭素)として固体となれば、気体の二酸化炭素よりコンパクトに(小さい体積)になります。減った海水中の二酸化炭素は、大気から即座に補充されます。このような炭素の固化作用を長い期間続ければ、大気中の二酸化炭素を、海をへて、生物と地球自身の作用によって、取り除くことができます。
 駆け足でしたが、地球の大気の空気へいたる履歴を見ていきました。生物、海洋、大気の相互作用による酸素の合成と、二酸化炭素の固化は、現在も続いています。でも、人類による急激な、二酸化炭素の大気への添加、熱帯雨林の破壊や海洋汚染による光合成の阻害などが進めば、地球の大気環境は、変化するかもしれません。それは、大気だけにとどまらす、海洋や、やがては生物自身へと、その変化の輪は広がるかもしれません。

2001年11月8日木曜日

3_11 相と層

 地球には、いくつかの相(そう)があり、層をなしています。どのような相が、どのような層をなし、どのような秩序がそこにはあるのでしょうか。地球を丸ごと見ていきましょう。


 地球は、多様な物質が、多様な相をなして、複雑に絡み合ってできています。ここでいう相とは、個々の物資を意味するものでなく、固体や液体、気体、あるいは生命など、非常の大きな区分で見ていきます。相を構成するものも、静止しているわけではなく、時間と共に、移動したり変化したりしています。ですから、相自体も変化しています。それが、地球を構成する相の真の姿です。
 そんな複雑な地球ですが、現状を相という区分けだけでみていくと、実は、案外単純な秩序で、構成されていることが見て取れます。地球における気体の相(気相)は、大気です。液体の相(液相)は海洋、生命の相は生命、固体の相(固相)は地球の固い部分です。このようなものが、層をなして重なっているのです。層の形成における秩序は、軽いものが上、重いものが下、という単純なものです。相を地球規模で語るとき、圏(けん)という呼び方をするときがあります。気相である大気は気圏、生命は生物圏、液相である海洋は水圏、固い岩石でできている固体部分を岩圏といいます。
 固体は、岩圏よりさらに深くまでおよんでいて、地殻、マントル、核という層構造があります。その層構造は、重いものは下、軽いものは上という秩序が維持されています。岩圏というと、だいたい固相の上部だけの100キロメートル程度をいいます。岩圏は、固相の地殻とマントルの最上部だけを指しています。
 このような層は、地球にもともと形成されていたものではなく、あるとき、ある仕組みで形成されたものです。それは、隕石からわかります。
 地球の材料となった隕石(始源(しげん)的隕石といいます)が見つかっています。小さな隕石ですが、その隕石には、岩石の成分の他に、H2OやCO2、N2、C、Fe、FeSなどの成分がかなりたくさん含まれています。岩石は地球のマントルから地殻の主要成分です。H2Oは海洋の主成分で、H2O、CO2やN2は大気の主成分に、CO2、N2やCは生命の主成分に、FeやFeSは核の主成分になっています。つまり、始源的隕石の中に、現在の地球の成分が、すべて含まれていたのです。このような隕石がたくさん集まれば、地球を構成することができます。ただ、今の地球のような層構造をつくるには、別の作用として、相の分離が起こらなければなりません。それは、地球の初期に起こったの出来事です。
 地球誕生のストーリの概略は、以下のようです。原始の惑星として、地球が誕生する時は、大量の隕石が集まってできます。隕石の衝突は激しく、衝突する現場では、大量のエネルギーが開放されます。現場は、高温高圧の状態になります。そのとき、隕石に含まれていた気体になりやすい成分(揮発(きはつ)成分と呼びます)は、固相から放出されます。揮発成分が原始の大気という層になります。ぶつかられた原始地球側も高温高圧となって、岩石が溶けます。激しい衝突が続くと、原始地球は解け、マグマの海となります。マグマの海では、鉄(Fe)や硫化鉄(FeS)が、岩石とは分離します。分離したFeやFeSは重たい成分ですので、沈んでいきます。それが、やがて核という層を形成していきます。
 地球創世期の激しい相と層の形成の物語は、以上のようなものです。でも、原始の相と層は、現在のものとは違います。相と層が、現在の姿になるまで、ゆっくりとした相と層の変遷の歴史が始まります。それは、次回以降にしましょう。

2001年11月1日木曜日

1_16 最初の生命(2001年11月1日)

 最初の物語は、大気から、固体、海、陸、海洋底と続き、今回は最初の生命の話です。最初の生命は、いつどこで、誕生したのでしょうか。それは、なにからわかるのでしょうか。生命のはじまりの物語です。
 過去の生物の調べるには、いくつかの方法があります。一般的な方法は、化石を探すことです。その他に、現在生きている生物の系統樹を書いて、一番初期の生物を探っていく方法や、あるいは宇宙に生命の起源を求めたり、宇宙の生物を発見することで解決を目指そうという方法、生命を作っていこうという方法などがあります。でも、化石を探す方法が、直接的で確かなようです。ここでは、化石による最古の生物探しを紹介しましょう。
 最初の生物は、海に誕生したと考えられます。その理由は、現在の原始的な生物は、海の中や、熱水中などを生活の場としています。それに、進化した生物でも、陸に住もうが、地中に住もうが、空を飛ぼうが、体には母なる海の記憶を残しています。ヒトもそうです。血液は、海水と似た成分を持っています。なにより、体の80パーセントは、水(H2O)からできています。一個の細胞をとりあげれば、そこは、袋に入った海の環境を見ることができます。
 生命は、海から生まれたのです。
 海に住んでいる生物は、土砂と一緒に、堆積物中に取り込まれ、堆積物と一緒に岩石になり、化石として、現在に蘇ることがあります。化石になる事件は稀なことですが、長い時間とたくさんの堆積岩には、化石が稀ではなく見つかります。
 でも、まず、化石になるためには、しっかりした体をもっている必要があります。例えば、殻や骨、歯、木、種、花粉などは、化石として残りやすくなります。でも、このような生物は、ある程度進化した生物となります。「最初」の生物は、殻も骨もなかったはずです。柔らかい体で、水の中に、ぷかぷか浮いていたはずです。もっと前にいたはずの、生物と非生物の境界に当たるような生き物は、ますます、はかない体や入れ物しかなかったはずです。原始の生物ほど化石には残りにくいのです。
 でも、科学者は、世界各地に赴いて、古い時代の化石を探しています。現在、多くの研究者が、最古の化石と認めているのは、オーストラリア西オーストラリア州ノースポールと呼ばれる地域で見つかった約35億年前のものです。その化石は、チャートと呼ばれる岩石の中から見つかった非常に小さなものです。
 灼熱の砂漠のようなところに、化石を含む岩石があります。そんなところでも、生物はいきています。ですから、化石であることを示すには、現在の生物が紛れ込んで、見誤らないようにしなければいけません。岩石の中には、化石として入っているということを、はっきりと示さなければなりません。小さい化石なので、目で見ることはできません。そのために、大量の岩石が採集して、光を通すほど薄くして、顕微鏡でその存在を確認します。そのようにして得られた化石は、岩石の中に完全にはいっていると判定できます。大変な労力のいる仕事です。
 でも、そこから得られた結果は、重要です。だれが見ても、そこには、細胞のようなつくりや細胞が連なっている様子が認められます。写真をみれば、誰でも納得できるようなものです。多くの研究者は、その35億年前の前の化石が本物であると認めています。また、同じ地域を研究した、日本人の研究者も、同じ方法で化石を発見してます。
 ただ、その生物がどんな生き物であったかは、議論のあるところです。最初の発見者である研究者は、比較的浅い海で、光合成をしていた生き物であったと考えています。一方、日本人研究者は、深海の海嶺で、熱水噴出しているような環境に住んでいた生物と考えています。まだ、どちらが正しいかは、決着をみていません。
 さらに古い化石の候補として、最古の堆積岩の中に生物の痕跡が見つかっています。グリーンランドの約38億年前の堆積岩の中に含まれる小さな燐灰石(りんかいせき、アパタイト)という鉱物の化学組成の特徴から、生物による化学的作用が働いていたという説があります。多分この頃の生物は、非常に原始的で、もしかすると化石に残らないような生物ではなかったかもしれません。まだ議論が行われていて、決着をみていません。でも、もし、この38億年前の痕跡が、本当に生物のものであったら、それは、大変な結論を導きます。
 最古の堆積岩は、最初の海の証拠でもあります。最初の海に、最初の生命が宿るということになります。もしそうなら、生物とは、海さえあれば、簡単に生まれてくるもの、という仮説が成立します。生命とは、そんなにどこでも簡単に生まれるものでしょうか。そしてタフに現在まで生き延びてるものでしょうか。生命とは不思議なものです。

2001年10月25日木曜日

1_15 最初の海洋底(2001年10月25日)

 最初の海洋底とは、なんとくピンとこないいいかたです。海洋底とは、海の底という意味です。ですから、もちろん海の存在を前提とします。ここで扱う海洋底は、場所を表すのではなく、海洋底に深く広がっている岩石のことです。では、最古の海洋底の話をしましょう。
 海洋底は、どのような岩石がらできているのでしょうか。それは、現在、実際に掘られてわかっています。深海を掘削する計画(DSDP、ODP、OD21など)が世界各地の海底で実施され、海底の岩石を掘りぬいてきました。現在も深海を掘削する計画は続いています。
 今までの成果に拠れば、海洋底の一番上は、堆積物です。その厚さや種類は、場所によって違います。一般には、海底では、マリンスノーとして海洋の上部に棲んでいた生物の死骸が降り積もって集まった深海底固有の堆積物が主要なものです。その堆積物は深くなると固まり、チャートと呼ばれる岩石になります。堆積岩の下には、枕状溶岩を主とする玄武岩が厚くたまっています。枕状溶岩のもっと深部は、同じ玄武岩ですが、少し粒が粗くなって、枕状ではなく、岩脈(がんみゃく)という貫入岩と呼ばれる種類の出かたに変わります。さらに深部は、斑れい岩となり、それより下は、マントルを構成するかんらん岩となります。
 チャートは堆積岩ですが、玄武岩以下は火成岩です。つまり、マグマの活動でできたものです。それも、中央海嶺という一箇所で、一度に、できたものです。中央海嶺の下にはマグマが常に供給される環境(マグマ溜り)があります。中央海嶺の下のマントルと海洋地殻の境界部に、マグマ溜りができます。マグマ溜りから時々火山が活動して、海底に溶岩を噴出します。マグマ溜りから上昇したマグマの道の跡(火道(かどう))が岩脈で、水中噴出したものが枕状溶岩です。そして、マグマ溜りで、噴出せずに結晶として沈んだものがかんらん岩となり、マントルの一部となります。マグマ溜りがそのまま固まったものが斑れい岩です。
 マグマによる火成岩の海洋底セットが中央海嶺でつくられ、その後プレートテクトニクスによって移動するとき、上から生物の遺骸が積もってチャートとなります。陸に近いところであれば、陸の物質が、火山が近ければ火山灰が、浅い海なら石灰質の成分が、チャートに混じってきます。
 かんらん岩、斑れい岩、岩脈玄武岩、枕状溶岩、チャートがあれば、深海底のセット、つまり海洋地殻が判別できます。ただし、現在の海洋底では、一番古いものでも2億年ほど前ですので、さらに古いものは海洋底には期待できません。やはり、古いものを探すには、大陸です。
 現在、わかっている最古の海洋底セットは、グリーンランドのイスア地方にある約38億年前のものです。ここには、セットはばらばらになっていますが、海洋地殻のセットがあります。さらに、縞状鉄鉱層の厚い地層と海溝で溜まったとされる大きな礫の入った礫岩、花崗岩などの岩石が、小さな範囲で見られます。まるで今の中央海嶺から海洋底、海溝、大陸あるいは火山列島(島弧)を凝縮したような岩石があるのです。
 地球は、38億年前という非常に早い時期には、今と同じような姿であったという驚くべき結果ができてました。少なくとも、プレートテクトニクスが機能しており、陸があり、海があり、その関係は、継続的に今も続いているということです。

2001年10月18日木曜日

1_14 最初の陸(2001年10月18日)

 最初の陸とは、海でない部分だけを意味するのではありません。つまり水のないところを陸と考えますが、陸の特徴はそれだけではありません。海と陸と一対のものですが、地質学的には、海と陸をつくっているものが違うのです。陸は陸の石で、海は海の石でできています。そして、陸の石も海なくしてはできないのです。海と陸とは切っても切れない関係です。最初の陸の話しです。
 陸は、色々な岩石からできています。でも、起源による分類でいいますと、火成岩が圧倒的に多い岩石になります。なかでも、花崗岩(かこうがん)とその変成岩である片麻岩(へんまがん)が一番多い岩石です。大陸は、花崗岩からできているのです。
 花崗岩は、マグマが固まってできます。大量の花崗岩のマグマがどうしてできるかというと、説はさまざまですが、どの説でも水が必要となります。溶ける物質は、堆積物や大陸深部物質など、さまざまの考えがあります。水が、そのような地球深部の物質に加わることによって、花崗岩のマグマが大量にできます。水の供給源は海です。そして供給のメカニズムとして、プレートテクトニクスが考えられます。
 プレートテクトニクスとは、海嶺で形成されたプレートと呼ばれるものが、海底で冷えて、海溝で沈み込む、という一連の運動による地球の仕組みです。沈み込むプレートと共に、水を含んだ堆積物や岩石も沈み込み、潜るにつれて、圧力が上がります。やがて、水が絞りだされて、水は上昇し、上にある物質を溶かすのです。
 高温高圧の条件に置かれた物質に、水が加わると、溶けはじめることがあります。ですから、今まで固体であったところに、水が加わるとマグマができることがあるのです。その時に特徴的にできるマグマが、花崗岩質のマグマなのです。だから、花崗岩と水とは密接な関係があるのです。
 大陸には古い時代の花崗岩たくさんあります。そして、各時代に花崗岩があります。ということは、間接的ではありますが、花崗岩の存在自体が、海の存在の証拠となります。
 ことろで、最古の花崗岩はどれくらいまで遡るのでしょうか。一番古い花崗岩は、約40億年前のものです。カナダの北西準州のアカスタ地域で見つかったものです。水の存在の可能性(42.8億年前)よりは、古くなりませんが、最古の堆積岩(38億年前)よりは、古いものとなります。
 10年以上前になりますが、そのアカスタ地域を調査したことがあります。すると、不思議なことに、「当時、最古の花崗岩(39.8億年前)」より古い岩石を見つけました。それは、地質学的証拠から明らかになったものです。その証拠とは、最古の花崗岩がマグマとして入り込んだという現象(貫入(かんにゅう)という)が、見つかったのです。
 最古の花崗岩が貫入している岩石は、斑れい岩が変成されてできた角閃岩と呼ばれる岩石です。つまり、最古の花崗岩がマグマとして貫入するとき、斑れい岩はすでに固体として存在したことを示しています。でも、その角閃岩の年代を決定することができないため、最古の座を奪えなかったのです。そうこしているうちに、同じ地域の同じような岩石で、より古いものが発見されたのです。でも、もしかするとその角閃岩は本当は、まだ最古の座をもっているかもしれません。それは、その角閃岩のみが知っているのです。

2001年10月11日木曜日

1_13 最初の海(2001年10月11日)

 最初の海。それは、いつできて、どのようなもので、何が起こったのでしょうか。過去の海を、現在から、どうして探るのでしょうか。最初の海にまつわる話です。
 最初の海も、やはり液体の水を主成分としていたはずです。そう考えるには、いくつかの理由があります。
 まず、水(H2O)の成分である水素(H)と酸素(O)が、太陽系では(宇宙においても同じことがいえます)非常に多い成分であること。つまり、ありふれた成分で、どこにでもたくさんある物質なのです。つぎに、太陽からの位置から考えて、地球付近ではH2Oは、固体や気体ではなく、液体として存在できる条件なのです。このような理由から、地球の海は、液体のH2Oが主成分であると考えられます。
 現在の海は、水を主成分としていますが、その他の成分が色々混じっています。その成分まで、最初の水と一緒かどうかはわかりません。でも、多くの成分は、最初の海にも溶けていたはずです。その理由は、水自身の性質によります。水は、非常に他の成分を溶かしやすい性質があります。地球の表面は、非常に多様な成分からできていたはずですから、その成分の中で水に溶けやすいものが、最初の海の副成分になったはずです。このような副成分を気にするのは、最初の海が、生命の誕生の場として一番ふさわしく、その場には生命の材料や生命誕生の条件が整っていなければならないからです。
 さて、最初の海の証拠なんて、あるのでしょうか。それは、石の中にあります。石の中でも堆積岩は、川によって運ばれた土砂が、海でたまって固まったものです。ですから、古い堆積岩を探せば、その時代には海があったという証拠になります。直接海を見ているわけではありませんが、海でできたものが残っていれば、それは、海があった証拠となるわけです。
 最初の海の証拠は、現在のところ、38億年前のグリーンランドの堆積岩が最古のものです。礫岩から砂岩など、現在でもみられるような堆積岩があります。また、縞状鉄鉱層という不思議な堆積岩もあります。縞状鉄鉱層は、海水中の鉄のイオンが酸化され、沈殿してできた岩石です。そんな岩石が、38億年前にあったのは、非常に不思議な話しですが、それは別の機会に紹介します。でも、このような堆積岩の存在は、38億年前には海があった動かぬ証拠となっています。
 その後、地球の各地から、さまざまな時代の堆積岩が見つかっています。ほぼ全ての時代の堆積岩があります。このことから、38億年以降、地球には現在に至るまで、海が存在しつづけているのです。つまり、地球の表面は、0℃から100℃の間に収まっているのです。それは、最初に述べたように、地球は、太陽から液体の水が存在できる位置にいるからなのです。
 さらに古い海の証拠として、「1_6 最古の鉱物のもつ意味」で紹介した42.8億年前のジルコンがあります。そのジルコンの酸素同位体から、マグマの酸素同位体組成を推定し、マグマをもたらした物質が、堆積岩であったという仮説があります。そのような仮説は、論理的には可能ですが、まだ真偽の程は定かでありません。

2001年10月4日木曜日

1_12 最初の固体(2001年10月4日)

 最初の固体とは、変な表現です。でも、地球はできた当時、どろどろに溶けたマグマの海が、表面を覆っていたのです。マグマは、やがて冷えて固まります。そのときマグマの海が冷え固まったものが、最初の固体となります。そんな古いものが果たして見つかるのでしょうか。
 地球最初の固体、それは最古の鉱物です。前に「1_5 「最古のもの」より古いもの」で紹介したものです。44億0400万年前の鉱物(ジルコン)がそうでした。その鉱物が、地球の歴史で持つ意味も「1_6 最古の鉱物のもつ意味」紹介しました。この発見は、多分、多くの研究者に衝撃を与えました。少なくとも私には、かなりの衝撃がありました。その意味を再度、紹介しましょう。
 「最古」の鉱物が発見される以前の最古の固体物質は、42億7600万年前の鉱物(ジルコン)でした。それが地球で見つかる最古の物質の限界かもしれないと考えられていました。
 それは、研究者が、月の歴史を知っていたからです。月の最古の物質は、45億年前のものが見つかっています。しかし、その物質も、さんざん探した挙句、やっと見つかったものです。その岩石は、斜長岩(しゃちょうがん)と呼ばれるものでした。その名の通り、斜長石だけからできている岩石です。斜長岩は、地球では珍しいものですが、月ではありふれた岩石です。
 月は、白っぽいところと黒っぽいところの2ヶ所があります。白っぽいところは、「高地」と呼ばれ、黒っぽいところは、「海」と呼ばれます。ご存知のように、「海」といっても、水があるわけではありません。
 斜長岩は、白っぽく見える「高地」と呼ばれる古い地形をつくっている岩石です。斜長岩は、たいていぐしゃぐしゃに砕かれて、角礫(かくれき)状の岩石になっています。ですから、本当は古い時代に高地はできていたのですが、ぐしゃぐしゃに砕かれたために、古い時代の記憶を残しているものがほとんどなかったのです。だから、古い時代の記憶を残した岩石を見つけるのに苦労したのです。
 月の斜長岩が、ぐしゃぐしゃに壊れているのは、激しい隕石の衝突のためです。昔、月には激しい隕石の衝突があったのです。35億年前以降、隕石の衝突は収まりました。黒っぽく見える「海」と呼ばれる地域は、玄武岩からできているのですが、「海」には衝突によってできたクレータが、「高地」に比べて非常に少ないのです。30億年前以降、月では、ほとんどマグマの活動はなく、事件というべきものは、時々隕石が衝突するくらいだけでした。
 このような月での隕石衝突の事件は、地球でも起こったと考えられます。つまり、地球誕生の45億年前からしばらくは、激しい隕石衝突が続いたのですが、35億年前ころには収まっています。ですから、45億年前にちかいような古い岩石は、ぐしゃぐしゃに砕かれ、地球でもほとんど残っていないと考えられていたのでした。さらに、地球では、現在にたるまで、常に地表が更新されているので、古い岩石の証拠は、あったとしても消されていきます。
 でも、このような新発見があると、惑星形成のモデルに重要な変更を迫ることがあります。今回の新発見は、月の歴史から見てあってもおかしくない予測されていた可能性の範囲でした。ただ、多分見つからないだろうと思われていたような年代でした。まさかみつかるとは、といいう感じです。

2001年9月27日木曜日

1_11 地球最初の大気(2001年9月27日)

 地球での「最初の出来事」は、すべて冥王代(45.6億~40億年前)に起こりました。地球で、最初の大気ができたのも、最初の海ができたのも、そして最初の固い物質ができたのも、最初の陸ができたのも、冥王代という時代です。冥王代をいう時代を探るにあたって、まず、地球最初の大気について見ていきましょう。
 最初の大気とはどのようなものでしょうか。2つの候補があります。
 一つは、地球だけでなく、太陽系全体に共通する大気です。それは、水素(H2)とヘリウム(He)を主成分とする大気です。原始太陽系ガスと呼ばれます。これは、太陽系ができるときにあった成分です。水素とヘリウムは、宇宙でも、もっとも多い、つまりありふれた成分でもあるわけです。固体成分は、惑星をつくり、残りが惑星の原始的な大気となりました。
 太陽系の内側にある惑星(水星、金星、地球、火星)の水素とヘリウムの大気は、ある時期に吹き飛ばされました。なぜなら、今の金星、地球、火星にはこのような大気が残っていないからです。太陽ができて間もない頃、非常に明るく輝く時期があります。その時に、太陽に近い惑星の原始太陽系ガスが、吹き飛ばされた可能性があります。いつ吹き飛ばされたかは、現在の太陽系形成のモデルでは、まだ結論はでていません。
 もう一つの大気は、原始的(隕石の世界では始源的という)隕石に含まれていた成分が、原始的大気をつくったというものです。
 始源的隕石には、二酸化炭素(CO2)あるいは一酸化炭素(CO)や、水蒸気(H2O)、窒素(N2)などの成分が含まれていす。惑星がつくられるとき、このような隕石が、惑星の材料として、衝突したり合体したりして、惑星が成長していくと考えられています。衝突したとき、始源的隕石が、高温高圧条件になり、ガスの成分が抜け出て、それが大気をつくったというものです。このような説は、衝突脱ガス説と呼ばれています。
 上で述べた2つのモデルには、大きな違いがあります。最初の大気の主成分が、原始太陽系ガス説では水素とヘリウムで、衝突脱ガス説では、二酸化炭素と水蒸気です。
 成分以上に2つのモデルには、大きな違いがあります。それは、原始太陽系ガス説では、大気に水素が大量にあることになるため、還元的な大気といえます。一方、衝突脱ガス説では酸化的な大気となります。この違いは非常に重要です。大気にさらされているものは、還元的な環境では酸化物は還元しますし、酸化的な環境では酸化物はさらに酸化します。ある環境の下に置かれたものは、その環境に応じて、より安定したものへと、変化していきます。環境が、還元的か酸化的かでは、全く別の方向に進むことを意味します。
 2つの説は、どちらか一つだけが起こったのではなく、両方が起こったかもしれません。もしそうなら、その時期や順番がどうであったかが、問題となります。でも、両モデルがどちらがいいか、まだ決着をみていません。
 地球のはじまり、それは私たち自身のはじまりを意味します。「私たちは、どこから来たのか」に対する答えは、まだ成分すらわからない霧の中なのです。

2001年9月20日木曜日

5_12 万物の年齢を調べる

 宇宙や地球は、いつ生まれたのでしょうか。そして、現在、何歳なのでしょうか。私たちは、宇宙の中で宇宙の一部として、地球の中で地球の一部として生まれました。宇宙や地球の一部として存在する私たちが、どうすれば自分より古いものの年齢を知ることが出来るのでしょうか。年齢の調べ方を紹介します。

 「5_4 年代決定の原理(2001年2月22日)」のエッセイで、ジルコンという鉱物の1個からも年齢を決めることができるということを紹介しました。今回は、もっと広く、年代を知るには方法を考えましょう。
 時間を知るためには、一般に、時計を利用します。宇宙や地球の「時」を測るには、2種類の時計を利用することが可能です。
 最初の時計は、ずっと動き続けている時計です。それは、過去も現在も、そして将来も動いている時計です。その時計を用いて、生まれた時の「時刻」を記録や、記憶しておけばいいのです。人間の年齢は、両親が、自分の生年月日・時刻を覚えてくれているために、その「時刻」から現在までの期間が、自分の年齢として測ることができます。これが第1の時計です。
 人間のように時刻を記憶できないものは、どうすればいいのでしょうか。石ころや、地層、化石などの年齢は、どうして求めるのでしょうか。それが、第2の時計です。この時計は、生まれたものの中でスタートする時計です。あるいは死ぬとスタートする時計です。そのような時計を探し出して、その時間を読取るという方法があります。
 両方の時計において、「放射性核種」と呼ばれる元素が、時を刻む役割をします。
 元素には、同じ元素なのに少し重さの違う同位体(どういたい)と呼ばれるものがあります。同位体の違い区別して元素を呼ぶ場合、核種(かくしゅ)という呼び方をします。同位体の中には、放射能を出す核種があります。放射性核種が、年齢を知りたい石ころにあれば、その時間を読取ることが可能です。
 放射性核種は、一定の時間がたてば壊れて、別の安定な類種に変わります(崩壊(ほうかい)あるいは壊変(かいへん)といいます)。ですから、放射性核種(親核種)と、壊れてできた安定核種(娘核種)の量が正確にわかれば、放射性核種ができてからどれくらい時間がたったかわかります。
 放射性核種が目的のものの中に見つけることができれば、時計を手に入れたことになります。
 放射性核種は、宇宙ができた時と、超新星爆発によってできます。地球を計るときは、太陽系が形成されるもととなった超新星爆発になります。これが第1の時計にあたります。また、太陽の放射や宇宙の放射によって、常にある一定(平衡状態といいます)の放射性核種が形成されていて、その形成の作用が何らかの理由でストップした時に、放射性核種の平衡状態から壊変が進む場合が第2の時計です。
 マグマからできた岩石では、もう一つ巧妙な仕組みの放射性核種を用いた時計が、利用できます。マグマは、岩石が溶けて形成されます。もとの岩石の中ではバラバラであった親核種と娘核種の量が、マグマという液体になると均一の値になります。そして、マグマが固まって各種の結晶ができる時、結晶の種類、あるいは岩石の種類によって、親核種の量が変化します。岩石ができて長い時間たつと、親核種の量が違うので、そこからできる娘核種の量も違ってきます。ですから、同じマグマからできた、岩石や結晶をいくつか集め、その親核種と娘核種の量から経過した時間を測ることができます。
 こうしてみていくと、「時」を計るということにも、科学者の努力のあとがうかがわれます。まさに、人類の知恵の集積がみれて、非常に興味深いことです。

2001年9月13日木曜日

6_9 ヒトとは

 私たちヒトは、他の生物に比べて、何が優れているのでしょうか。もしどこかが優れているとすると、人は地球を代表する生き物と呼べるのでしょうか。古くから現在まで生きている古細菌のような、「古い家系」の生き物のほうが、代表としてはいいのではないでしょうか。ヒトとはなにかついて考えてみましょう。

 私たちの根源的な疑問として、「私たちは、どこから来たのか」、「私とは、何か」、「私たちは、どこへ行くのか」というものがよく挙げられます。ヒトについて考えるとき、ヒトとは何かを、決めておかねばなりません。まず、「ヒト」についてです。どういうものを人と呼びましょう。まずは地球人についてみていきましょう。
 ヒトを文化を持っている生物としましょう。でも、サルには、イモを洗う文化や、石でクルミを割る文化を伝え継続するものもいます。鳥の求愛のディスプレイなんかは、すばらしい文化のように見えます。
 ヒトを文明をもっている生物としましょう。文明を農業をすることとしますと、サキリアリは、葉を切り取り巣に運んでそこで菌類を栽培しています。まさに農業をする生物です。共生関係なくかは飼育や牧畜のような文明のようにみなすこともできます。
 ヒトを文化ではなく言語を用いる生物にしましょう。言語によってヒトはコミュニケーションします。でもコミュニケーションする言語は多くの哺乳類や鳥類で見られます。言語を用いてヒトとコミュニケーションするチンパンジーがいます。言語を用いてヒトとコミュニケーションするチンパンジーがいます。
 その言語も文字としましょう。そうすれば他の生物にはできないことかもしれません。ただし、書けないにしても、人に訓練されたチンパンジーには、文字を理解しているものもいます。京大霊長類研究所のアイというチンパンジーは文字を理解しています。
 文字を書くこと、そしてそれを他の個体や子孫に伝える手段を持つことそれが重要です。
 しかし、ヒトの特徴を持っていることが、実はヒト固有のものは少なく、他の生物でも同じようなことをしていたり、もっと特殊化したものにまで発展させていることもあります。つまり、ヒトとはそんなに特殊、特別なことをあまりしていないということです。ヒトは、特殊化していないこと、特別でないこと、そして、他の生物が、それをすることを種が多大な変化(進化)をしていることもあります。
 生物としていて、ヒトは一つ一つの能力では一番ではないかもしれません。しかし、多くのことを器用に、多機能にこなすこと、ヒトの特徴かもしれません。そのために、特別な変化を用いずにおこなってきたことが、今後も変化をもたらす可能性を秘めていると思います。つまり、ヒトは、特別でないことも、将来性の一つと考えられます。

2001年9月6日木曜日

1_10 星の輪廻(2001年9月6日)

 形あるものはやがてなくなります。星も例外ではなく、やがて死にます。死んだ後に、その屍は他の星の材料になります。まさに輪廻転生です。星の死は、星の再生でもあります。星の再生は、全くといっていいほどのオーバーホールがなされます。それは星の死のすざましさに由来してます。
 星は、自分自身の物質による引力と、核融合によって発生する熱による張力のもとに安定しています。そのバランスがくずれる時、星の終わりが訪れます。その最期は、星の大きさが大きいほど激しくなります。一番激しい終わり方が、超新星爆発と呼ばれるものです。
 星の中では、水素(H)が核融合して、ヘリウム(He)となります。つまり、星の燃料は水素です。
 大きな星は、引力が強力な分、核融合による熱の発達も多くなります。つまり、熱く明るくなります。星は温度が高くなるにつれて、赤から黄色、白へと変化していきます。大きな星では、核融合が早く進むので寿命が短くなります。
 水素が不足してくると、核融合による張力が足りなくなります。つまり、星としてのバランスが崩れます。引力による縮もうとする力が優ります。そして、縮むと、引力によってヘリウムより大きな元素の核融合が起きます。星の引力に応じて、核融合によって重い元素ができます。しかし、星の中で核融合できるのは鉄(Fe)までです。
 それは、鉄より重い元素は、核融合がおきても熱を放出しないからです。核融合するには、エネルギーをつぎ込まなければなりません。つまり「熱える」は鉄までの元素で、鉄より重い元素は「熱す」必要があるわけです。
 元素が「熱される」は、超新星爆発のときです。バランスのくずれた星が最期に大爆発をする時、重い元素が合成されていくのです。そして、爆発によって重い元素が宇宙にバラまかれます。
 宇宙が始まった時、重い元素はありませんでした。ほとんど、水素とヘリウムだけでした。星の中に星の爆発によって、重い元素が宇宙に増えていったのです。
 私たちの体は、水素と酸素つまり、水を主成分として、炭素(C)、窒素(N)、リン(P)などの重い元素があります。また、地球には鉄や鉄より重いウランまでの元素が含まれています。太陽にも同じように重い元素が見つかっています。つまり、私たちの太陽を構成している元素を見ても、超新星爆発が事前に必要だとわかります。
 私たちは、宇宙開闢当時に作られた元素、星の中で作られた元素、超新星爆発で作られた元素からできています。私たちは、まさに「星の子」といえます。そして、私たちの太陽の死は、新たな星の誕生へと継がります。

2_12 地球生命の代表

 地球を代表する生き物とは、何でしょうか。ヒト、それも一つの答えです。文明や科学などの尺度で見れば、そうかもしれません。でも他の尺度で見れば、ヒトは地球の代表とはいえません。地球を代表する生命は何か、考えてみましょう。
 地球から無作為に地球生物から1つの個体を選んだとしましょう。あなたが、代表に選べるのは、世界人口の60億分の1でしょうか。いえいえ、多分、あなたも私も、いやヒトは地球生命の代表になれません。
 代表になるための予選をしましょう。公平になるように、箱の中に0から46までの番号が書かれた玉が入っているとしましょう。その中に00と書かれて玉も入れておきましょう。
 これは、地球生命のうちで、ヒトという種類を引き当てることができるかどうかというゲームです。
 地球生命の生存期間が、玉に書かれた番号とします。各番号は、地球における1億年の歴史(期間)を表わすことになります。例えば、1という番号は1億年前から2億年前までの時代で、35は35億年前から36億年前まで時代を意味します。ただし、0は1億年前から200万年前で、00は200万年前から現在までとします。
 このゲームでは、ある生物のグループが、その時代に生きていれば予選に勝ち残れます。つまり、より長く地球上に存在していたものが、断然、有利となります。
 0~46までのうち、39~46は、生命のいない、地球生命全体が負けのところです。38~36は、生命がいたかどうかは灰色ですので、引き分けで再度玉を投げましょう。0~35は、私たち以外の生物が予選を突破します。00が出たとき、始めて私たちヒトが予選突破できます。生存期間で見る限り、ヒトは予選突破は非常に困難です。多分、地球生命の代表とはなれそうにありません。確率的に代表になりやすいのは、最初に生まれ、現在も生きている古細菌とよばれる微生物の仲間です。いってみれば、私たち、ヒトは、こんなに短い時間しか、地球に存在していないのです。
 低い確率ですが、00を引いたとしましょう。次は2次予選です。箱に1億個の玉を入れます。その中から、1個抜いて、引かれたものが決勝に残れるとしましょう。何個抜いても良いですが、とりあえず10個にしましょう。玉には、生物の種名が書かれています。これは、種数による選択です。
 現在の生物種は、150万種といわれています。でも、それは、ヒトが知っている生物種の数で、本当は数千万種とも1億種ともいわれています。ですから、1億個の玉としました。10回引いた時、ヒトがその中に含まれているいる確率は、1000万分の1です。ずるをして、現在生きているホモ(ヒト)に加えて、アウストラロピテクスなどの化石種も、ヒトと見なして10個ばかりヒトと書いて加えてもおきましょう。それでも、ヒトの仲間が選ばれるのは、100万分の1です。多分、種数でいっても、古細菌や細菌などの微生物が選ばれるでしょう。
 さて、決勝です。10種の生物すべて集めて、個体数の数に見合った玉を入れておきましょう。玉には個体ごとの種名を書いておきましょう。多分、ヒトが選ばれる確率は、限りなくゼロに近いものでしょう。なぜなら、微生物は非常に小さいですが、その数たるや、膨大なものだからです。そこに、大型の哺乳類が多数を占めていたら、もしかしたらヒトが勝つ確率があがります。でも、ネズミのような小さな哺乳類なら負けます。
 このような予選や決勝を勝ち抜いたものを、地球の代表とすることが、一番、フェアな選択です。でも、どうしても、身びいきをして、ヒトを代表とする理屈を、私たちヒトは付けようとします。本当に妥当性があるのでしょうか。それは別のエッセイで考えましょう。
 ここでいいたかったのは、ヒトが地球時間に占めてきた割合においても、全生物種の数においても、個体数においても、非常に微々たる存在であるということです。ですから、ヒトは、だれも賭けそうもない大穴というほどの存在であるということです。

2001年8月30日木曜日

5_11 カオス

 カオスは、物理学だけのではなく、経済学、生物学、社会学、情報科学などさまざなま分野で研究されています。カオスは、より広く、複雑系と呼ばれています。複雑系の中にカオス、カオスの縁、フラクタルなどがあります。今回はカオスについて紹介します。

 カオスとは、日本語では混沌(こんとん)といいます。でも、かなり日常語的になってきました。科学におけるカオスとは、初期条件を少し変えると、その後の結果が全く予測がつかなくなる現象のことです。特別なものではなく、身近に一杯起こっていることです。
 例えば、有名なところでは、バタフライ効果というものがあります。ブラジルで蝶々が羽ばたくと、それが増幅されてアメリカで嵐が起きるというような比喩から生まれた言葉です。ほんのちょっとしたできごとが、最後にはとんでもないことに発展するということです。ジュラシックパークで、この原理を紹介し、使っています。でてくる数学者は、その説明を原作ではしています。余談ですが、この数学者は、第2作のロストワールドでは、主人公になっています。
 川の流れを見ていますと、大体同じようなところに同じような渦ができます。でも、毎回少しずつ違います。雲は似たものがたくさんありますが、けっして同じものがありません。海岸線も似たものがありますが、決して同じでありません。鍾乳洞でみた鍾乳石も規則正しい模様ができており、ここにもカオスが働いているなと感心したことがあります。このように複雑に見える現象が、実は簡単な仕組みできているようなのです。少し詳しく説明しましょう。
 こんな想像をして下さい。しっかり閉まらない蛇口があるとします。そこからは、いつも、ぱたぽたと水滴が落ちているとします。このような蛇口を使って頭中で実験しましょう。これを、思考実験といいます。
 蛇口を絞めて、水滴の落ちかたを1分間、観察したとしましょう。何度も何度もこの実験を繰り返したとします。すると、1分間の水滴の落ち方には、何通りかのパターンがあることが、わかったとします。
パターン1は、ぽたぽたの水滴が規則的(一定のリズム)に落ちます。
パターン2は、水滴ではなく水が線のようにつながって水流となって流れます。
パターン3は、ぽたぽたの水滴と水流が規則的(一定のリズム)に出てきます。
パターン4は、ぽたぽたの水滴が不規則に出てきます。
パターン5は、ぽたぽたの水滴と水流が不規則に出てきます。
パターン1と2、3は規則的です。ところが、パターン4と5はカオスと呼ばれるものです。
 この実験の初期条件は、蛇口の絞め方だけです。ですから、絞め方の違いによって、こぼれる水の量、つまり初期条件が違うのです。簡単な仕組みなのに、結果がいろいろな状態に変わりうるという例です。
 この蛇口の思考実験では、蛇口の閉まり方が、毎回似ているようで、実は違っているということがミソです。その結果が、どれになるかは、「蛇口の絞めぐわい」をみれば、わかるかも知れません。しかし、パターン4や5のときは、不規則なカオスなので、つぎが雫か水流かは、予測できません。カオスになるかならないかは、「蛇口の絞めぐわい」を正確に計れれば分かるかもしれません。でも、カオスになると、これは次に何が起こるかわからない状態つまり、予測不能になります。
 この蛇口の例でもわかるように、仕組みがわかっているのに、結果や次の状態が予測不能というものが、この世にはたくさんあることに、科学はやっと気付いたということです。
 このようは現象は、簡単な仕組みで作れます。あるいは数式でも簡単につくれます。ちょっと、数式を出します。頑張って読んでください。これは、ロジスティック写像と呼ばれるものです。
 y=ax(1-x)
という簡単な式があります。aはある定数です。4以下の値としましょう。xは変数で、yは、xによって決まる値です。なお、xは1から0の間の値にします。
 この式のa=3.5とします。まず、xに0.3を入れます。すると、
 y=3.5x0.3(1-0.3)=0.735
となります。これが1回目の計算となります。
次に、2回目の計算では、このyの0.735という値を、xの次の値とします。計算式は、
 y=3.5x0.735(1-0.735)
となります。これを何回も繰り返していきます。すると、aの値によって、yの値の変化が、複雑な振る舞いをします。
 マイクロソフトのエクセルなどで簡単に計算できます。多くの読者はエクセルをお持ちだと思いますので、エクセルのファイルを紹介します。ダウンロードしてみて下さい。
http://www.cominitei.com/koide/5Research/chaos.xls
このファイルでは、aに3.5699456という値を入れた例を示しています。この表のaとxの値を、いろいろ変えて遊んでみてください。aに数値を入れると、自動で1000個の計算をし、グラフを書きます。グラフは、横軸に計算の回数、縦軸はyの値をとっています。カオスになるかならないかの微妙なところになると、もっと計算をたくさんしなければなりませんが、このままでも結構楽しめます。
 結果を紹介しましょう。
aが0より大きく、1以下(0<a≦1)のとき、xは0(x=0)になります。
aが1より大きく、2以下(1<a≦2)のとき、xはすんなりと(a-1)/aという値になります。
aが2より大きく、3以下(2<a≦3)のとき、xは振動しながら(a-1)/aという値になります。
aが1+√6以下(3<a≦1+√6)のとき、xは少しずつ値を大きくしながら、最終的には、ある2つの値を行ったり来たり(周期的)します。
aが1+√6以上のとき、xはでたらめな値、つまりカオスとなります。
aが3.5699456…いう値(1+√6)の時、カオスと規則性の境界となります。カオスの縁です。
 初期条件として決まった数値であればいいのですが、決まった値ではなく「カオスの縁」あたりの時、水滴に例で出てきた、規則と不規則が入り乱れた不思議な現象が起きるのです。こんな簡単な式ですが、そこにカオスという現象が隠れていたのです。
 このようにカオスは複雑系の研究は、最近になって発達した学問分野です。そして、非常に身近なところに、カオスは潜んでいたことがわかってきたのです。

2001年8月23日木曜日

4_13 カンブリアの怪物達

 カナダ、ブリティッシュ・コロンビア州の東部にヨーホー(Yoho)国立公園があります。ここは、地質学者にはその名を知られたバージェス動物化石群の産地があるところです。その化石の産地は、世界遺産にも指定されているところで、ガイド付きのツアーでないと見ることができません。そのツアーに参加しましたので紹介します。


 ツアーの当日、低く雲がかかっていました。念願の地を見るには、あまり好ましい天気ではありません。しかし、今回のカナダの旅の主目的は、このツアーに参加することでもあったのです。そのツアーは、カナディアン・ロッキー山脈のヨーホー国立公園の中にある、バージェス頁岩を見るツアーです。
 バージェス頁岩は、ヨーホー国立公園の中心地のフィールド(Field)という小さな村から出かけます。この村は、それまでカナダ横断鉄道の駅があるだけの小さな村だったのですが、バージェス頁岩が有名になったので、それと共に、この村も有名になりました。
 バージェス頁岩は、カンブリア紀の初期(5億1500万年前)の化石を多数含むことで有名です。現在は、ヨーホ-国立公園には内には、2ヶ所、世界遺産に指定された地域があります。一つはバージェス動物化石群の産地と、もう一つは三葉虫の化石を多数含む地層のあるところです。両方とも15名が上限のツアーでしか、入ることができません。
 バージェス頁岩の露頭のツアーは、8時に集合して、車で15分ほどのところから、歩いていきます。約10キロメートルほどの行程ですが、標高差700メートル、時間にして約10時間かかるツアーです。実際には健康な人が歩けば10時間ですが、私たちのツアーでは、11時間かかりました。年配の人は、12時間くらいかかっているのではないでしょうか。帰りは、自分の体力に合わせて自由でしたので、最後に降りた人の時間はわかりませんでした。
 なぜこんなに苦労までして行くかというと、バージェス動物化石群が非常に貴重で珍しい化石だからです。カンブリア紀の海生動物が120種も含まれています。バージェス動物化石群には、現在の動物のすべての祖先が含まれているのです。オーストラリアのエディアカラ、中国の澄江に続く時代の化石で、カンブリア紀の初期に多様な生物が一気に進化したと考えられています。それを「カンブリアの生物の大爆発」と呼んでいます。
 午後2時ころ、標高2280メートルにあるウォルコットの石切り場(Walcott's Quarry)というところに着きました。ウォルコットはバージェス動物化石群の発見者です。そこでやっと昼食です。そこはあまりに小さい露頭でした。絶壁にへばりつくようにある、幅数メートル、長さ10メートルもないような石切場でした。こんな小さな露頭が世界的に有名で、世界遺産にまで指定されているのです。
 こんな小さな狭いガケですが、1909年にスミソニアン研究所のウォルコットが発見して以来、何度も発掘調査が行われています。1910年から1913年にかけてと、1917年にウォルコットは5シーズンをかけて、この地の発掘をし、65,000個の標本を採集しています。1930年には、ハーバード大学のレイモンド(P. Raymond)が2週間かけてウォルコットの石切り場と12メートル上の第2の産地を発掘しました。1966年から1969年かけてカナダ地質調査所が2ヶ所の石切場で発掘をおこないました。続いて、1975年に王立オンタリオ博物館のコリンズ(P. Collins)が、偶然化石のたくさん入っている転石を見つけたことによって、1981年から1982年にかけて、2ヶ所の新しい化石産地が少し上で見つりました。1988年から1995年にかけて王立オンタリオ博物館は、6度に渡って発掘調査をおこないました。
 バージェスの化石は、現在も研究中です。重要なのは大きさや広さではなく、化石の量と種類です。私たちが行っても、石の割れた面に変わった化石を一杯見つかります。多くは破片ですが、変わった化石であるということは、化石の専門家でない私でも分かります。その最たるものがアノマノカリスと呼ばれる怪物のような生き物です。今からは想像もつかない、奇妙でまさに怪物と呼ぶべき生き物達が見つかっています。
 翌日、もう一つの三葉虫化石が大量にでるステファン山へのツアーに行きました。こちらも大変くたびれるツアーで、800メートルの標高差を、2時半くらいで一気に登っていくものです。その露頭もたいして大きないのですが、三葉虫化石が、まさにざくざく出ます。非常に保存もよく、石の割れ目にはすべてといってほど三葉虫の化石が含まれています。時々、アノマノカリスの化石も見つかります。
 両ツアーともガイドは、古生物や地質を専門としている大学院生がおこなっています。自分の専門を活かしながら、ボランティアとアルバイトとしてやっているようです。このような国立公園での活動における欧米の人材の多さ、システムの有効さには感心させられます。まさに自然史に対する欧米の底力が、このようなところに現れているようです。

2001年8月16日木曜日

4_12 氷河

 氷河は、日本では馴染みがありません。高山に少しだけ山岳氷河の地形を残すだけです。しかし、北米大陸では氷河や氷床は、地形や風景を形づくる重要な役割を果たしました。そんな氷が織りなす景色を見ていきましょう。


 カナダ、アルバータ州ジャスパー国立公園は、カナディアン・ロッキー山脈の中にあります。その南の入り口には、非常に大きな、コロンビア氷床があります。
 標高約2000メートルにアイスフィールド(Icefield)というところがあります。ここは、コロンビア氷床から流れ出ている氷河の一つアサバスカ氷河あリます。アイスフィールドは、村とも呼べないような、さびしい荒涼としたところです。ビジターセンター兼ホテル兼氷河への観光ツアーバスの発着所兼食堂兼みやげ物屋の建物が1つあるだけです。
 そこに1泊して、氷河をみました。駐車場から、歩いて15分ほどで、アサバスカ氷河の末端にたどり着きます。
 氷床や氷河が織りなす地形には、特徴的なものがあります。山の上に、氷床(Icefield)があり、その山から、氷が落ちて流れたものが氷河(Glacier)です。氷床から氷河への境界は、氷爆(Icefalls)、クレバス帯(Transverse Cevasses)と呼ばれる急激な境界部があります。氷河の両側には、土砂からできたモレーン(morain)という高まりがあります。モレーンから崩れた土砂が岩屑(debris)と呼ばれ、氷河の上に被さっています。氷河の先端には、土砂の小山がいくつも形成され、氷河が溶けた水が、川となって扇状地デルタつくり、池もつくります。
 雪上車(Snowcoach)で氷河に上がっていくツアーがあり、参加しました。人の身長ほどもある大きなタイヤをつけたバスで氷河を登っていきます。氷河の上を流れる川があり、所々深い穴が開いており、川の水がその中に落ちこんでいます。氷河の中にも川が流れているのです。氷河は氷ですの、クレパスなどの割れ目があると、そこから覗く氷は、青あるいは緑のような、えもいわれね色合いを持っています。
 氷河は水のように速くはありませんが、低い方に向かって流れています。そのスピードは毎年30メートル弱です。下の岩に接している部分は、遅くて毎年5メートルほどです。遅いですが、氷河は氷でですので、水よりも、下の岩を深く削り取ります。氷河があると分かりませんが、氷が溶けると、山の上ではカールができ、山の中腹から裾野ではU字谷ができています。ロッキ-山脈の地層は、いたるところで氷河の侵食作用による地形が見られます。
 このアサバスカ氷河は、毎年少しずつ後退しています。20年ほど前に行った時と比べて、氷河の先端まで、歩いたような気がします。後退のスピードは、1922年(この年から観測)から1960年までの38年間に1105メートル後退し、平均すると毎年約29メートル後退していました。ところが、1960年から1992年の32年間に230メートル後退し、年平均で約7メートルの後退です。スピードは変化していますが、氷河が後退し続けているということは事実です。
 その原因は、地球温暖化と即断されることがよくあります。しかし、ことは非常に複雑です。例えば、アサバスカ氷河では、二酸化炭素の排出量が多くなる時期(1960年以降)に、後退のスピードが鈍っています。温暖化でも降雪量が多ければ、氷河の後退のスピードが鈍ったり、逆に延びたいるするかもしれません。あるいは、地形の変化で、氷河の流れる向きと量が変わったかもしれません。地球温暖化という安易な結論ではなく、本当の原因は何かが現在、地道に、詳しく調べられています。

2001年8月9日木曜日

4_11 カナディアン・ロッキー山脈

 カナディアン・ロッキー山脈を1週間にわたって、満喫しました。木々の緑、地層、氷河、川、雲、空とが織りなす自然の模様の中に浸りました。そこで重要な役割を果たすのは、山脈の主役となる地層です。ロッキー山脈の地層について見ていきましょう。


 カナディアン・ロッキー山脈には、アルバータ州とブリティッシュ・コロンビア州の2つにわたって、5つの国立公園があります。
 バンフ(Banff)国立公園は、1885年にカナダでは最初の国立公園、北米で2番目、世界で3番目の国立公園です。そして、一般的なアプローチとして、カルガリーからカナディアン・ロッキーにはいると、最初に訪れる国立公園になります。
 バンフ国立公園の北側には、ジャスパー(Jasper)国立公園があります。両者の境界は、コロンビア氷河を間近に見る峠にあります。南西隣にはコーテナリ(Kootenay)国立公園が、西隣にはヨーホー(Yoho)国立公園が、西に少し離れて、氷河(Glacier)国立公園とレベルストーク山(Mount Revelstoke)国立公園があります。
 国立公園毎に特徴があるのですが、主役は、なんといっても山々です。その山々が、さまざまに傾いたり曲がったりしている地層からできています。地層の傾き加減がさまざまで、それぞれ個性を持った山となります。同じ山でも、見る方向によって、地層の傾きによって、全く違う見かけの山となります。
 地層は、海にたまった土砂が固まった堆積岩です。古い時代の地層ほど下になりますので、その地層をつくる岩石は硬くなっていきます。しかし、山脈をつくるような地球の営みがあると、その地層の重なりは乱れて、複雑になっていきます。古い地層が上で、新しい地層が下ということも起こります。
 ロッキー山脈は、西から東へ、主稜線(Main Ranges)、その西の山並み(Front Ranges)、前縁部の山並(Foothillos)をへて、大平原へと変化していきます。主稜線は、古生代(カンブリア紀~シルル紀、一部プレカンブリア紀)の比較的平らな地層からできています。その西の山並みは、きつく傾斜し、曲がった古生代の石灰岩や苦灰岩の地層からできています。前縁部の山並は、中生代(ジュラ紀~白亜紀)の砂岩、頁岩、石炭の地層からできています。
 海でたまったものが、海抜3000メートルを越える山となるには、地球の大いなる営みが必要です。それは、プレートテクトニクスと呼ばれる営みです。
 カナディアン・ロッキー山脈の地層は、20億年以上前から、大陸棚にたまり続けた地層で、その厚さは6000メートル以上に達すると考えられています。その後17億~5億年前にかけて、西にあった沈み込んでいく海のプレートに押されて、大陸棚に広くたまった地層は、縮められ山ができ始めました。山脈と大陸棚の間には内海があり堆積物は溜まりつづけます。
 縮む時に、ある場所では、地層がひどく曲がりくねりました。このように曲がった地層を褶曲といいます。現在の位置でいいますと、西から東に押されて地層が曲げられました。そのために、ロッキー山脈は、南北に長く伸びる山並となったのです。
 大規模な褶曲では、古い地層が新しい地層の上にある(逆転といいます)というよう状態ができます。地層がたまったときとは、全く違った状態がつくりだします。このようなプレートテクトニクスという地球の営みによって、巨大な山脈ができたのです。

2001年8月2日木曜日

4_10 恐竜の化石:ロイヤル・チレル博物館

 カナダ、アルバータ州ドラムヘラーには古生物専門の博物館があります。ロイヤル・チレル博物館は、古生物専門ですが、世界的にその名は知られています。今回は、今年の7月7日に訪れたロイヤル・チレル博物館を紹介しましょう。


 地平線のかなたまで緑の平原。その中を流れるレッド・ディア川沿いは、バッドランド(Badland)と呼ばれる地帯があります。バッドランドとは、その名の通り、荒涼とした異次元の世界のような景色です。でも、そんな異次元の大地から、古い時代の生物の化石がたくさん見つかります。特に、恐竜の化石がたくさん出ることで世界的に有名です。
 ドラムヘラーの町は、恐竜で町おこしをしているようです。街灯の柱には、各主の恐竜のシンボルが取り付けられています。公園には、10メートル以上もある巨大な恐竜のモニュメントがあります。その恐竜は、もちろん最強の肉食獣、ティラノザウルス(Tレックスとも呼ばれます)です。
 ロイヤル・チレル博物館の名前は、J. B. Tyrrellという地質学者の名前に由来しています。チレルは、26歳の時に、政府から、アルバータ州中部地域の石炭と鉱床の調査に派遣されました。1884年8月12日、バッドランドの調査中、キャンプの近く、川から20メートル上のガケから恐竜の化石を発見しました。チレルは、カナダで最初の肉食恐竜の化石であるアルバトサウルスの頭骨を発見しました。発見した場所は、現在の博物館あるところから数キロメートルのところです。
 ロイヤル・チレル博物館は、古生物専門の博物館ですから、化石を中心として展示が展開されています。地球の歴史が示され、化石の少ないプレカンブリア紀も紹介されています。しかし、化石が出始める5億9000万年前以降の顕生代が、展示の中心となっています。古生代(5億9000万~2億3000万年前)のバージェス頁岩から、新生代(6500万年前~現在)の哺乳類まで展示されていますが、中心はなんといっても中生代(2億3000万~6500万年前)の恐竜です。
 広い展示場に化石が多数展示されています。大きな恐竜の化石が、動き出さんばかりの躍動的な姿をして置かれています。また、化石を石から掘り起こす作業(クリーニングといいます)をする作業所も、ガラス越しに見学できるようになっています。私が行ったときは、土曜日で作業は休みだったので、クリーニングの様子は見れませんでしたが、10人近くが働けるような広さでした。
 日本では、専門の作業員すらいないことが普通です。あるいは、雇えないのが、現状です。このような格差は、欧米に行くたびに痛感させられることです。科学に対する投資の少なさ、それは日本の科学に対する意識の低さの表れかもしれません。
 ロイヤル・チレル博物館は、古生物の博物館なのに温室があります。ここには、カナダで現在生育している「生きている化石」というべき植物が、118種も集められています。多くは7000万年前から生えているものと同じで、ある種の植物は1億8000万年以降ほとんど変化していないそうです。また、あるものは、その祖先が古生代のデンボン紀(5億~4億2500年前)まで遡れるそうです。過去の生きものを、ここまで徹底して、集め、研究し、展示する。これぞ世界に名だたる博物館の所以ではないでしょうか。
 博物館周辺の散策路(トレイル)を1時間ほどあるくツアーに参加しました。20人ほどのツアーで、子供も何人か参加していました。ある場所で、「さあ、恐竜の化石を探しましょう」とガイドが声をかけると、子供達は大喜びで探し始めます。しかも、簡単に化石が見つかります。もちろん破片ばかりですが、恐竜の化石の破片が、子供にも簡単に見つけることができます。子供には非常にいい実物教育だと思います。そして、多分、この感動は、子供達はけっして忘れないでしょう。そして、それに感動した何人かは、古生物の専門家(研究者やクリーンニング作業員、教育者)、あるいは化石好きな大人になるのでしょう。このような脈々と続く教育と研究の継承が、欧米の科学に対する理解と、その底力となっているのではないでしょうか。

2001年7月26日木曜日

4_9 バッドランドの恐竜たち

カナダ、アルバータ州東部を流れるレッドディア川は、恐竜の化石がたくさん出ることで有名です。化石の産地の中心として、恐竜州立公園が有名です。この地に、2001年7月8日に訪れました。今回は、その見聞記です。


スタンピードの祭りで浮かれているカルガリーから西へ200km。そこにブルックスという町があります。車で約2時間ほどです。ブルックスからさらに北東に40kmほど走ります。牧草地の平原を走っていると、唐突に谷が見えてきます。緑から急に、侵食を受けた茶色っぽい地層が見えてきます。
カナダのアルバター州は、西部はカナディアン・ロッキー山脈で、中部から東部にかけては、広大なる平原が広がります。見渡す限り、畑か牧草地です。そんな平原の中を、深い渓谷をつくってレッドディア川が、流れています。その流域は、茶色と灰色の縞模様の地層からできています。この地層が柔らかいために、侵食が進んで、荒涼とした景色となっているのです。平原の豊かな緑とは好対照です。この流域は、バッドランドと呼ばれています。緑の大地から、急に荒涼とした地に入ると、バッドランドと呼ばれた意味が身にしみて感じられます。
小さなフィールド・ステイションがあります。その中に入ると、いきなり大きな恐竜と3匹の小さな恐竜の格闘している場面が、化石でつくらています。迫力のある展示です。そんなに広くない面積ですが、立派な展示です。それもそのはずです。ここは、恐竜化石では世界的に有名なロイヤル・チレル博物館の分室なのです。
バットランドは、恐竜の化石の産地として有名です。この恐竜州立公園は、恐竜やその他の脊椎動物の化石がたくさん産すること、カナダでは最大で一番みごたえのあるところであること、川沿いの生態系が自然のまま残されていること、という理由で、1979年に世界遺産に指定されています。
公園内をガイド付きで見て周るツアーは、時間がないのと適当なのが満員だったので、一人で散策路(trail)を歩きました。太陽が出ていると、非常に熱いので、水は必需品です。水を飲みながら、一人で歩きました。家族連れや、老夫婦などが、ぽつぽつとすれ違います。要所要所に説明用の看板があります。もちろん地質の説明です。私は地質学者なのでうれしくなります。そして、日本の市民の地質に対する意識の低さに幻滅します。ここでは、動物、植物より、地質が主役なのです。
公園内のループ状の道路を車で回ると、所々に展示小屋あって、恐竜発掘現場が再現されいます。この地域の地層は、中生代(2億4500万~6500万年前)の白亜紀(1億4560万~6500万年前)の後期の地層が分布します。この地域で一番古い地層は、オールドマン層と呼ばれるもので、7700万から7650万年前の地層で、植物や動物の化石の破片が出ます。恐竜化石は、オールドマン層の上の恐竜公園層と呼ばれる地層から出ます。恐竜公園層は、7650万から7450万年前の地層で、ここでは80メートルの厚さがあります。
恐竜公園層からは、恐竜化石がでるだけでなく、さまざまな情報も読み取られています。この頃、北米大陸を南北に分けていた湾が入り込んでいました。ここは、その湾の西海岸沿いでした。この地層の大部分は、曲がりくねった深い川でたまったものです。付近には、いくつもの河口、沼地、池、じめじめしてちょっちゅう洪水をおこす平原がありました。気候は、高温多湿のモンスーンで、雨期には洪水が起こり、潮は河口を遡っていきました。そんなところに、多数の恐竜が棲んでいたのです。
今は、こんな荒涼とした大地が、かつては水が豊富で、湿潤な地域だったのです。地質学は、今の様子からは想像もつかないような、恐竜の住んでいた時代や地域の様子、気候、そしてその他の生き物についても教えてくれるのです。

2001年7月19日木曜日

5_10 亡骸から

 「5_9 今は亡きもの」続いて、ヨウ素の放射性核種からできたキセノンについてみていきます。ヨウ素を親として、キセノンは娘として生まれました。その親子がそろうと、地球誕生の秘密が見えてきます。前回の「5_9 今は亡きもの」とあわせて読んで下さい。

 キセノン(Xe)は希ガスですので、固体にはほとんど入りません。ヨウ素(I)は、宇宙空間では固体として振舞います。つまり、ヨウ素は消滅する前であれば、固体になるはずです。つまり、その頃にできた固体物質(隕石)に取り込まれている可能があります。固体中でヨウ素からキセノンに変わっても、固体であるがためにキセノンを保持しくれます。もし、そのようなヨウ素が見つかれば、超新星爆発から固体物質形成までの期間が推定できます。
 さて、実際の測定です。問題は、過剰の129キセノンをどうして見つけるかです。地球大気における128Xe/132Xeの実測値から予想される129Xe/132Xeと、試料の129Xe/132Xeを比べればいいわけです。そして、試料の129Xe/132Xeが予想より多ければ、過剰の129キセノン、つまり消滅核種の129ヨウ素が固体中にあったということになります。過剰の129キセノンが、隕石から、1960年に見つかったことは前回紹介しました。
 その隕石中の過剰129キセノンの量と消滅核種の129ヨウ素の量から、隕石ごとの形成年代差を推定することができます。
 その方法は、実験と数学的トリックを使います。実際の分析では、誤差を減らすために、132キセノンと129キセノンの比、132キセノンと128キセノンの比として測定します。
 また、核種の比は、132キセノンと127Iを分母にするために、数式上、128Xe/127I比が必要となります。それは、127ヨウ素を原子炉で放射線(熱中性子)を照射して求めます。現在の129Xe/132Xeと128Xe/132Xeを試料の温度を段階的に上げながら、実測できます。以上のようにして、計算に必要な値ががすべて得られます。その結果、多くの隕石は、約2000万年の間に形成されたことがわかってきました。
 消滅核種の26Alの半減期71.6万年という非常に短いものが、ある隕石(アエンデとよばれる炭素質コンドライト)のある物質(一番初期に形成された固体で白色包有物と呼ばれるもの)から見つかりました。ですから、超新星爆発から固体物質の形成までは、約2000万年より、もっと短い期間であったと予想されます。
 隕石にはこの他にも、面白いことが一杯わかっています。そして、今後も、隕石からは面白いことが一杯発見されると思います。それは、別の機会に、お楽しみに。

2001年7月12日木曜日

5_9 今は亡きもの

 地球上には、今や存在しないものがあります。それは、原子のレベルにおいても起こっています。例えば、129ヨウ素と呼ばれるものです。今は亡きもの、129ヨウ素が見つかっています。その科学者の苦労を見ていきましょう。

 まず、129ヨウ素(I)の探すために、基礎としていくつかのことを知っている必要があります。核種、放射性、半減期ということばがキーワードとなります。
 まず、核種についてです。原子は、原子番号が付けられています。それは、原子核の陽子の数と同じです。さらに、原子核には中性子があります。中性子と陽子の数を足したものを、質量数といいます。中性子の数は、一つの元素のなかでも、何種類かあります。そのような質量数の違うものを、同位体といい、原子の中で質量数の違うものを、核種といって区別します。
 核種には、できてから安定で存在する安定核種と、壊れると(崩壊(ほうかい)といいます)と別の核種になる放射性核種があります。その変わり方、つまり崩壊のスピード(半減期(はんげんき)もしくは崩壊定数で表します)と、どの核種に変わるかは、でたらめでなく、放射性核種ごとに決まっています。放射懐変する核種を親核種、できた核種を娘核種と呼びます。
 懐変後に、娘核種が、安定核種にならず放射性核種であれば、さらに他の核種に変わっています。そして、最終的には安定核種となります。例えば、129ヨウ素(I)が壊れれば、132キセノン(Xe)という安定核種になります。
 原子番号53のヨウ素には、安定核種として質量数127のヨウ素があります。質量数127のヨウ素をのぞけば、質量数117から133ヨウ素までのすべての質量数で放射性核種があります。崩壊のスピード半減期は、長いもので129ヨウ素の1570万年で、あとの放射性核種は、長くても数十日です。
 放射性核種のヨウ素は、超新星爆発のときにできます。放射性核種のヨウ素は、半減期が非常に短いので、ヨウ素の放射性核種は、現在、残っていません。その痕跡は、ヨウ素の娘核種であるテルビウム(Te)か、キセノンに残っているかもしれません。このような超新星爆発時の痕跡の核種を、消滅核種と呼んでいます。
 もし、消滅核種が発見できれば、超新星爆発から太陽や惑星形成の様子が探ることができます。
 質量数129ヨウ素の半減期は、1570万年です。それ以外の核種は、非常に半減期が短く、すべて別の核種に(太陽系や地球の時間軸で見れば)あっという間に変わってしまいます。ですから、消滅核種として見つけやすい、あるいは一番可能性があるのは、質量数129ヨウ素です。質量数129ヨウ素が壊れて形成される核種が、132キセノンという安定核種です。129ヨウ素が壊れて形成されてできた132キセノンが見つかるかどうかです。
 キセノンは、133キセノンだけが放射性核種で、あとはすべて安定核種です。問題の129ヨウ素から懐変してできた(過剰といいます)129キセノンが見つかれば、消滅核種を発見となります。
 過剰の129キセノンが、隕石(一番最初に見つかったのはリチャードソン隕石)から見つかったのです。消滅核種129ヨウ素の発見は1960年のことでした。消滅核種129Iが、1960年に発見された後、244Pu起源の過剰のXeも見つかりました。その後、測定が難しくて、次の消滅核種はしばらく見つからなかったのですが、1970年代後半になって、半減期71.6万年の26Alに由来する過剰の26Mgが、半減期650万年の107Pdに由来する過剰の107Agが、半減期370万年の53Mnに由来する過剰の53Crが、半減期150万年の60Feに由来する過剰の60Niが相次いで見つかりました。
 科学者は今は亡き原子を見つけ出したのです。その他にも消滅核種の候補はあるのですが、測定や試料からの元素の抽出が大変微妙なのでまだ、発見されていません。

2001年7月5日木曜日

3_10 石をつくるもの:鉱物

 地球は何からできているのでしょうか。その答は、地球の定義をどこまでにするかによって少し違います。でも、一番多いのは、体積でも質量でも、地球の固い部分です。そして地球の固い部分は、石と鉄からできてます。そして、石も鉄も、固体部分は、結晶というものが集まってできています。今回は、石をつくるもの、結晶についてお話します。


 石の構成物とはなんでしょうか。つまり、石は何からできているかということです。石はすべて結晶からできいます。結晶にはさまざまなものがあります。天然の結晶は、鉱物と呼ばれます。石の種類によって、鉱物の種類や量が変化します。鉱物の種類や組み合わせの多様性が、石の多様性をもたらします。
 鉱物は、現在、4,000種類ぐらい発見されいます。鉱物は、天然に産するものでなければなりません。ですから、人工的に作られた結晶は、鉱物とはいえません。新しい鉱物は、国際的な鉱物の学会へ、決められたデータをそろえて提出して、初めて認定されます。
 現在も新しい鉱物は、発見されつづけています。しかし、最近ではもう大きな結晶はなかなか見つからなくなりました。それは地球のほとんどの地域の鉱物が調べられたからです。
 ところが、新しい分析装置が開発され、鉱物に使用されますと、新しい鉱物が一時期、たくさん報告されることがあります。それは、非常に小さくて、今まで調べることができなかった岩石から、その装置によって、新鉱物は見つけられるようになるからです。大きな結晶もまれにですが、見つかることもあります。それは、今まであまり調査されなかった、科学的に未開な地域に、探検的な調査がなされたときです。
 その他に大量に新鉱物が見つかるのは、宇宙に化学分析の手が伸びたときです。新しい種類の隕石が入手されたり、アポロ計画によって月から石が持ち帰られた時などに、多くの新鉱物が見つかりました。
 4,000種類の鉱物について、すべてを知ることは大変です。しかし、幸いなことに大部分の岩石は、9割以上は極ありふれた鉱物からできています。このようなありふれた鉱物を造岩(ぞうがん)鉱物とよびます。
 造岩鉱物の代表的なものは、カンラン石、輝石、角閃石、雲母、長石、石英などです。あとは少しの付随する鉱物となります。ですから、岩石学者も、鉱物の専門家でなければ、それほど大量の鉱物を見分けなくても、岩石の成因や起源について調べることができます。そう、私も鉱物をたくさん知らない岩石学者の一人です。

2001年6月28日木曜日

3_9 石の種類

 私たちの知識は、どうしても身近なものについて多くなります。地球の構成物で一番身近なものは、石です。石については、かなりのことがわかっています。当然、分からないこともたくさんあります。今回は、一番身近な石について、わかっていることを見ていきましょう。


 石には、多くの種類があります。かつては、それぞれの石に早いものがちで、名前が付けられました。種類が少ないときはいいのですが、多くなってくると、混乱してきますし、同じものにも別の名前が付けられることがあります。それと、あまりにも経験的、恣意的です。
 名前は、体系的、系統的、論理的に付けられる必要があります。そうすれば最小限の名前ですみますし、覚えるのも楽です。その分類方法を学び、その方法を身に付ければ、どの石に対してもその方法を適応することができます。誰が、どこの石で、おこなっても、簡単に、同じ結果にたどり着けます。そして、同じ名前の石は皆が知っている同じ性質を持っていることになります。今日で言う、グローバルスタンダード(世界標準)です。
 石は、目的に応じて、色々な方法で分けることができます。中でも、でき方によって分ける方法が一般的です。
 石には、大きく分けて、3つのできかたがあります。ある石の原料かがどのように変化してできたものかを区分の基本としています。石の原料とはやはり石です。石が砕かれて集まり固まったもの、石が溶けて固まったもの、石が暖められたり(溶けずに)押されたりして固まったものの3種です。
 石が砕かれて集まり固まったものは、堆積岩(たいせきがん)といいます。堆積岩は、陸地の地殻が、海に溜まってできます。つまり、陸地にある原料の石が、雨や川などの作用で砕かれ、海に運ばれ、長い時間かけて固まったものです。堆積岩は、地球の一番表層でできる石です。
 石が溶けて固まったものは、火成岩(かせいがん)といいます。火成岩は、陸でも海でも、どこにでもあります。材料は、地球深部の石です。地球深部は、温度も圧力も高いですので、石が溶ける条件を持っています。地球深部で溶ける条件になったところで、石が溶け、マグマができます。マグマのできたところが、火成岩の故郷となります。火成岩は、地球深部でできて、地球表層でできる石です。
 石が暖められたり(溶けずに)押されたりして固まったものは、変成岩(へんせいがん)といいます。変成岩は、原料の石が溶けないけれども高い温度になったり、砕けないけど高い圧力にされたものです。ですから、成分の出入りがほとんどないまま、まったく別の結晶に変わってしまったものです。変成岩の素材となる石は、火成岩でも堆積岩でも、なんでもいいわけです。変成岩でもいいわけです。変成岩は、堆積岩より深いところ、火成岩より浅いところでできた石です。
 いろいろな石も、その素性をはっきりさせることによって、区分ができます。そのような素性がわかれば、より多くの石の種類を見分けることができます。さらなる区分も、客観的に普遍的におこなえば、みんながわかる分類となっていくはずです。詳細は、別の機会にしましょう。

2001年6月21日木曜日

1_9 星の死(2001年6月21日)

 毎夜あるいは毎年、同じ星座を見ることができるのは、星々が、恒(つね)に輝き続けてからです。では、恒星は、未来永劫に輝き続けるのでしょうか。答えは否です。恒星も、ある時に生まれ、ある時が経つと死んでいきます。今回は、星の死と、その死と密接に結びついている星の誕生を見ていきましょう。
 夜空を見上げて見える星々は、大部分恒星(こうせい)と呼ばれる自ら輝いている天体です。星々は毎夜、少しずつその位置を変えて、1年たつと同じ配置にもどります。これは、地球が太陽の回りを公転しているためです。地球の夜にあたる側が、太陽の回りに360度、つまり1回転した結果を見ているのです。
 毎年、同じ星座が見ることできるのは、人類が星を見てきた期間より、星の方が長い寿命を持っているからなのです。恒星の寿命は、大きさに依存しています。大きな星は明るく短命で、小さな星は暗く長寿です。私たちの太陽くらいの大きさの星は、約100億年くらいの寿命です。人類の歴史に比べて非常に長い寿命といえます。私たちの太陽は、現在、約46億歳です。あと、50億年ほどの寿命を残しています。人類の子孫は、多分、太陽の終わりを見ることはできないでしょう。
 夜空には、多数の星があります。もし、太陽サイズの星が100億個見えるとすると、確率的には、毎年1個の星が死んでいってもいいはずです。実際には遠くの星は見えませんから、そんなに多くの星の死は観察されていません。しかし、古くから、私たちは、星の死を見てきたのです。中国では、ある日突然明るくなったり、今まで見えなかったところに見え出した星を、客星(きゃくせい)と呼んで記録してきました。明るい客星は、昼間でも見えたといいます。
 星は死ぬ時、一瞬非常に明るく輝きます。それを超新星爆発といいます。超新星爆発を起こす星は、私たちの太陽より、何桁も大きい星です。最近では、1987年にマゼラン星雲で起きた超新星爆発が有名です。
 超新星爆発の時、それまであった物質は、原子より小さな素粒子のレベルまで含めて、一新されます。また、元素の合成と新しい元素の配分比率ができます。寿命の長い放射性核種や、寿命が短く一瞬しか存在できないウランより重い超重元素なども、この時できます。
 超新星爆発によって、周辺に元素が、まき散らされます。まき散らされた元素は、次の星の材料となります。寿命の短い放射性核種から、私たちの太陽系は、超新星爆発から、1000万年もかからずに形成されたことがわかっています。星の死から誕生は、あっという間の出来事なのです。
 太陽系の主要な成分である軽い元素(水素とヘリウム)は、もともと近くにあった成分を利用しますが、それより重い元素は超新星爆発からもたらされたことになります。
 一つの星の死が、他の星の材料となり生まれ変わっていきます。星の死と同じ数だけ星の誕生があろことになります。長い時間たてば、星の配置は変わるかもしれませんが、夜空を彩る星の輝きは衰えることはなさそうです。

2001年6月14日木曜日

4_8 宇宙への窓口(NASAへの旅)

 NASAはアポロ計画で初めて人類を月に送り込みました。そしていくつもの惑星探査機を打ち上げました。記憶に新しいところでは、無人の火星探査機マースパスフィンダーによる映像は大きなニュースとなりました。そんなNASAを見学にきました。


 NASAは、National Aeronautics and Space Administrationの略で、日本語としては、アメリカ航空宇宙局あるいは単に航空宇宙局と訳されます。NASAの基地としてはロケットの打ち上げを主に担当するフロリダ州のケネディ宇宙センター、有人飛行の訓練と飛行管理をするテキサス州ヒューストンのジョンソン宇宙センター、宇宙船開発や宇宙実験をコントロールするアラバマ州ハンツヴィルのマーシャル宇宙センターなどがあります。その中でもケネディ宇宙センターが見学するには一番見ごたえがあります。
 1996年6月、ケネディ宇宙センターを訪れました。一番近いオーランド国際空港は、デズニー・ワールドへの玄関口にもなっています。ですから、飛行機を降りる時は、スチュワーデスのアナウンスも、「ミッキーによろしく」でした。空港のロビーに出たとたん、ミッキーマウスの人間を持った日本人や各国の(当然アメリカ人も)観光客と出くわすことになります。私の目的は、ケネディ宇宙センターなので、オーランドの街の南東の外れのモーテルに泊まり、東にあるケープ・カナベラルに連日レンタカーで通いました。ちなみに、デズニー・ワールドは南西の郊外です
 ケネディ宇宙センターを訪問した目的は、何といっても現役の宇宙空港を生で見てみたいという好奇心です。それと、アメリカ合衆国では、このような大きな研究施設は、観光としても力を入れており、内部の見学ツアーや、ショップ、ビジターセンターも充実しています。アイマックシアターも3つくらいのプログラムが上映されていました。一番いい席で見たいので、3日間、一番に行って並んでみました。それと、NASAを巡るツアーもすべて参加してきました。残念だったのは、馬鹿でかいショップで大量のNASAグッズが売っているの聞いていたのですが、もっとでかいものにするために改修中で、ちっぽけなのがあっただけなので、がっかりしました。
 NASAのケネディ宇宙センターで感じたことは、人類が目指した宇宙というところは、とんでもなく大変なところだということです。宇宙とは、膨大な費用、多くの人、資材、そして多大なる英知を費やさないと、行けないところだということです。しかし、それほどにまでして、人は宇宙へは行きたいのです。
 NASAは宇宙の窓口です。NASAの上げた成果は、広く人類に公開されています。そして、その公開された情報によって、少年たちが宇宙に夢を馳せ、何年か後には、彼らの一部がNASAのスタッフとして、あるいはNASAの理解者として、膨大な予算の使用を許可する国民になるのでしょう。

2001年6月7日木曜日

6_8 新天地とヒト

 「6_7 ヒトと宇宙と」で、ヒトも「新天地に向う」という特性を持っているといいました。このような開拓者精神(フロンティア・スピリッツ)は、生物が本質的に持っているものであるといいました。しかし、ヒトだからこそ、生物の本性をむき出さない生き方を取るべきなのでしょうか。考えてみましょう。

 ヒトも生物の一つの種です。ですから、生物の基本的性質を持っています。例えば、食べること、排泄すること、子孫を残すこと、そして進化することなどです。今回のテーマは、この進化するということに関係があります。ヒトにおける進化とは何かうを考えましょう。
 ヒトは、原人から旧人、新人、そして現代人へと進化してきました。このような時の流れからすると、当然、将来、現代人も進化して、別の種となっていくはずです。もしかすると、その進化の方向は、自分で選ぶことができるかもしれません。
 進化の要因として、ダーウィン以来、自然淘汰が一番有力だと考えられています。一つの種が新しい種として進化と遂げるために、新しい性質を持った子孫たちが必要です。その子供が、その以降もその新しい性質を持つためには、DNAにその性質が刻み込まなくてはなりません。でも、その新しい性質を持った子供たちは、どうして生まれるかは、よくわかっていません。
 私は、このような性質は、新しい環境に進出した時、目立って生じるのではないかと考えています。あるいは、潜在的にそのような性質が生じては消えていたのが、新天地へ進出したとき、現われたのかもしれません。新しい環境でその性質が活かされる場合、一気に花開くのではないかと考えています。つまりその時その環境に最適な遺伝的形質が発現し、その種全体に継承され、定着するということです。私の専門は生物学ではないので、多分誰かがこんなこと言っていると思いますが、私は知りません。
 つまり、新天地に進出し、その新天地に適応しきれた個体を中心にして新しい種へと発展するのではないかということです。その進化に要する時間は、クールドのいう断続平衡進化説のように、一気におこるはずです。失敗すれば、別の種がその新天地を支配するはずです。
 こんな考え方は、妄想でしょうか。それとも真実でしょうか。これを証明するには進化できるだけの実験時間が必要かもしまれません。そして、その答えは、新天地にこそ、存在するかも知れません。もしかすると、ヒトにとっての新天地は、地球外の宇宙や深海底、他の天体かもしれません。そして、そのような環境選ぶかによって、新しい種の変化の方向が決まるかもしれません。つまり、自分たちの未来を選ぶことができるかもしれません。

2001年5月31日木曜日

2_11 酸素をつくったもの

 いつも吸っている空気は、昔から、今のようなものだったのでしょうか。それとも時と共に変化しているのでしょうか。もしそうなら、その変化は、どこかに記録されているのでしょうか。今回は、空気の中の酸素についてみていきましょう。
 現在の空気には、体積で20%の酸素が含まれています。人は酸素を吸って、二酸化炭素を出しています。動物も同じです。私たちが生きるためには、酸素はなくてはならないものです。
 ものが燃えるとき、酸素を使います。火力発電所や車のエンジンは、多量の酸素を消費しています。私たちの文明は、酸素のもとに成り立っているといえます。もし酸素がなければ、今のような文明ができなかったはずです。もしかするとイルカは、「燃やす」ということができないために、知能があったのに文明が築けなかったのかもしれません。
 酸素は、無尽蔵にあるかのように思えますが、有限なのです。なぜなら、地球の大気の量は決まっています。大気の2割が、酸素の量となります。しかし、現在のところ酸素は、いくら使ってもその比率が変化しません。大量の酸素を、私たち人類が消費しているのに減らないというのは、もともと非常に大量の酸素があるということと、酸素が生産されているためです。
 酸素を補給しているのは、いうまでもなく植物です。つまり、光合成をおこなう生物です。光合成によって、二酸化炭素が炭素と酸素に戻されているのです。では、この仕組みはいつ始まったのでしょうか。
 その証拠は、ストロマトライトという岩石に隠されています。ストロマトライトは、世界各地で、20億年くらい前の地層中から大量に見つかっています。ストロマトライトとは、「同心円状の石」という意味です。その意味の通り、マッシュルーム状の形をした石で、中が同心円状の縞模様があります。ところによって、水平な縞模様を持つものもあります。このストロマトライトという石は、非常に特異なのですが、少し前までどうしてできたのかわかりませんでした。
 ストロマトライトと同じものが、現在でもつくられていることが、近年、わかりました。有名なのは、西オーストラリアのシャーク湾ハメリンプール付近の海岸のものです。その石は、海岸線に沿ってマッシュルームが林立したような状態で見つかりました。満潮時にはマッシュルーム全体が水没し、干潮時にはマッシュルームは水面上に顔を出します。マッシュルームの表面は、小さなシアノバクテリアにびっしりと覆われています。シアノバクテリアとは、光合成をする生き物です。
 ストロマトライトは、シアノバクテリアによってつくられたことが判明しました。約20億年前に大量のストロマトライトがあるといいうことは、その頃大量の光合成がおこなわれたことになります。つまり、大量の酸素が、20億年前につくられたということです。大量の酸素は、海水中のイオンを酸化しました。そして当時の海水の中にたくさん含まれていた鉄イオンが、サビとして沈殿しました。それが、大量の縞状鉄鉱層として、約20億年前に形成されました。ストロマトライトと縞状鉄鉱層は関連していたのです。
 海水中に酸化するものがなくなると、やがて酸素は、大気中にでてきました。これが、今吸っている酸素の起源です。
 最古のストロマトライトは、約28億年前のものです。少し前まで、ストロマトライトは35億年前のものが最古とされていましたが、それは、ストロマトライトではなかったのです。その「偽ストロマトライト」の形成環境は、シアノバクテリアが住めない深海でした。深海は、太陽光が届かず、光合成はできないのです。そのため約28億年前の化石が、現在のところ最古の光合成の証拠となっています。
 私たちが吸っている酸素、それは、昔から現在にいたるまで生物がつくりつづけてきたものです。そして、約20億年前まで酸素のない環境が、ある時を境に、酸素のある環境となったのです。私たちが吸っている空気には、そのようは地球の永い歴史が織り込まれていたのです。

2001年5月24日木曜日

1_8 生命と地球の関わり(2001年5月24日)

 生命と地球は、決して対立を続けてきたわけではありません。ともに変化してきたのです。地球が生命に一方的に影響を与えたのではなく、生命も地球に影響を与えてきました。地球と生命は共に変化しあいながら、現在に至りました。それが、現在の地球環境なのです。
 生命は、地球の表面に誕生しました。その後、生命は、進化を続け、地球の多様な環境に住めるようになりました。現在、生命は、地表のありとあらゆるところに進出してきました。その様は、地球に対して、生命が戦いを挑み、その結果、自分達の住む環境を勝ち取ったように見えます。しかし、それは地球と生命の織り成す仕組みの、ほんの側面しか見ていません。地球と生命は、もっと複雑に絡み合っているのです。
 生命は地球の各地を棲家として、過酷な環境を克服してきました。このような見方は、局所的、瞬間的には正しいものです。しかし、地球の46億年という長い営みの中で、生命と地球の関わりを見ていきますと、決して生命と地球は対立してきたわけではありません。むしろ共に歩んできたといういべきことも、多数見つかってきました。
 2種の生物間にお互いに影響しあいながら進化していくことを、生物の世界では「共進化」と呼びます。地球と生命に対して、「共進化」という言葉が当てはまるような変化があります。地球と生命の共進化の結果生み出されたのが、今の地球環境なのです。共進化の結果の一つが、大気に残されています。
 現在の地球の大気は、窒素が80%、酸素が20%の成分を持ちます。地球の大気だけ「空気」と呼んで、他の惑星の大気と区別されています。地球と兄弟星とも呼ばれる金星の大気は、地球の大気の90倍位の密度を持っています。金星の大気の大部分は、二酸化炭素(97.4%)で、残りが窒素(2%)で、酸素はほとんど含まれません。火星の大気は、地球の160分の1位の密度しかありません。大気の成分は、やはり酸素をほとんど含まず、二酸化炭素を主成分(95%)として、窒素(3%)を少し含む大気です。
 地球の両隣の惑星の大気は、密度がまったく違いますが、成分は非常に似ています。このような類似は、惑星の起源に由来していると考えられています。金星と火星は、惑星ができた時の大気の成分をそのまま保持し、地球はその成分を変化させてしまったと考えられています。その大気の成分の変化が共進化によるものなのです。
 かつて、地球の酸素の起源は、太陽の光化学反応という説もありました。しかし、他の惑星探査や地球の歴史がわかるにつれて、その説は否定されました。現在では、大気中の酸素は、生命の活動によるものと考えられています。現在も大量の酸素が、植物の光合成作用によって形成されています。酸素は、酸素を利用する生物にとっては非常に有用な成分ですが、利用できない生物には、有害で、毒のように作用します。酸素は多くの物質を酸化させてしまうのです。地球の表面は、現在では非常に酸化的な環境になっています。
 酸化的環境は、地表の化学的状況を変えます。光合成をする生物が大量に発生しますと、海水中の酸化されやすい成分である鉄(Fe)が酸化され、サビとなって沈殿します。その結果、酸化によって形成された岩石、縞状鉄鉱層が、ある時期大量に形成されます。縞状鉄鉱層は大陸の各地に現在地層として残っています。その大部分が約20億年前に形成されたものです。つまり、地球表層は約20億年前に激しく酸化されたのです。その元をたどれば、光合成生物の大量発生なのです。
 その後も酸素はつくられ続け、海の中で酸化するものがなくなると、大気中に多くの遊離酸素がでてきました。やがてその量が20%にも達しました。大量の酸素が大気にできますと、大気の上部にオゾン層が光化学反応で形成されます。その結果、地表へ降り注ぐ紫外線の量が減ります。紫外線はDNAの結合を切ってしまう有害な光線でしたので、生物は海から出れなかったのです。しかし、オゾン層の形成によって、海から陸への進出が可能になりました。そして、陸地にはいたるところに生物が進出し始め、やがて大森林も形成されました。
 植物の光合成が盛んになって、酸素の量が30%を越えると、火災が起こりやすくなるといわれています。火災が大規模に起こると、酸素が消費され、なおかつ酸素をつくる植物が燃えて減少します。大気中の酸素の量は、このようは生命と地球の関係によって平衡状態になっているのです。大森林のなごりは、石炭として私たちに役に立っています。
 地球と生命の共進化がつくりだした酸素、縞状鉄鉱層、石炭、私たちの現在文明はそれを利用することによって成り立ています。大気中の二酸化炭素は、現在0.03%程度です。その値は、以前よりほんの少し増加しました。この変化は、文明が起こした地球へのほんの少しの変化でした。しかし、大気中の二酸化炭素が多ければ、温暖化が起こり、少なければ寒冷化がおこるといわれています。二酸化炭素の量は、現在着実に増加しています。そのため、地球温暖化が危惧されているのです。ほんの些細な変化ですが、最終的には人類にとっては大きな影響となってきます。これも、地球が下した、共進化という結論なのでしょう。

2001年5月17日木曜日

3_8 地球をつくるもの

 私たち住む地球は何からできているでしょうか。身近なはずの地球ですが、その全体像を知っている人は案外少ないかもしれません。地球の全体像を、他の惑星との共通点と相違点という見方をしていきましょう。


 惑星は、さまざななものからできいます。成分としては多様ですが、存在形態として区分すると、3つに分けることができます。物質の形態としては、気体、液体、そして固体となります。地球も他の惑星と同じように、3つの形態を持つ物質からできます。地球は、気体としての顔、液体としての顔、そして固体としての顔は、他の惑星と共通する点と違う点があります。
 惑星の構成物である気体は、大気と呼ばれています。地球型惑星で大気を持つ金星と火星の大気は、二酸化炭素を主成分としています。一方、木星型惑星の木星から海王星までの惑星の大気は、水素とヘリウムが主成分です。
 地球の大気は、8割は窒素、2割は酸素の混合気体です。その他に、小量の水蒸気(気体のH2O)や二酸化炭素やアルゴンなどが含まれます。地球の大気は酸素含んでいますが、他の惑星の大気には酸素がほとんど含まれていません。ですから、地球の大気は非常に特異であるといえます。地球の大気を空気と呼んで区別します。
 惑星のおける液体は、わかっているものでは水です。地球には38億年前から現在まで、消えることなく水が存在しました。成分は不明ですが火星にも水があったことがわかっています。もしかすると地球のようにかつては海があったと考えられています。しかし、現在は極地方や地下に氷として存在し、夏になると少し融けて流れる程度と考えられています。定かでありませんが、液体が存在する可能性としては、木星と土星の厚い大気の下には、水素とヘリウムの海があるのではないかと考えられています。
 水は、地球では海水と呼ばれ、海洋を構成しています。地球の表面の7割は海洋です。海水の主成分は、水、つまり液体のH2Oです。その他に小量ですが塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなど多数の成分が含まれています。さらに地球だけの特徴ですが、中心付近(外核)には液体の部分があることがわかっています。地球の外核は、液体の鉄からできています。
 地球型惑星は、固体の多くが、石と鉄です。木星型惑星は、水素とヘリウム、石、そして氷が、主要な固体成分です。この大量にある氷が、木星型惑星の一番の特徴といえます。大量の氷があるために、木星型惑星は重くなり、多くのガスを集めて、巨大なガス惑星となることができたのです。
 地球表層に住んでいる私たちには、気体が多く、ついで液体、そして固体が一番少ないという印象がします。しかし、それは錯覚です。液体も気体も地表にいると多く感じますが、地球全体では、石と鉄が多くなっています。地表はすべて、土(土壌)で覆われているので、土が多いように錯覚しがちです。しかし、少し掘れば、そこは石の世界です。地表付近でも、量としては圧倒的に石が多くなっています。体積で見ても、質量で見ても、地球では、石と鉄が圧倒的に多くなっています。
 地球の主要構成要素の石とはどんなものでしょうか。全地球的にはンラン岩と呼ばれるものが多くなっています。カンラン岩とはその主要な構成物であるカンラン石から由来しています。カンラン石は、薄い緑色をしたきれいな鉱物です。飾り石にも使われることがあります。カンラン石とは英語でオリビン(olivine)といいます。その由来は、オーリブの実に似た色だからです。
 地球はさまざまなものからできています。しかし、その多くのものは、日ごろの目にしません。それは、私たちが地球の表層に住んでいるために、身近に感じるものが限られているからです。しかし、知識は、そのような偏った私たちの考えを、より普遍的な方向へと修正してくれます。そう、知ることが一番大切なことです。

2001年5月10日木曜日

3_7 感じないリズム

 「3_6 天体のリズム」では、天体の周期的な運動について書きました。その周期は、人間が感じやすいものについて書きました。しかし、天体の周期にはさまざなまものがあります。人間が感じることのできないリズムについて見ていきましょう。


 人間の寿命は、せいぜい100年です。ですから、一人の人間がリズムとして感じることができるのは、100年に少なくとも2サイクル以上なければいけません。つまり最長でも50年周期のものです。現実には50年周期のリズムを、リズムとして感じることが困難です。なぜなら、偶然同じことがおこったのか、それともリズムなのかが、人間にとって周期が長すぎるのと回数が少ないため、判断することができないためです。ですから、現実的には、せいぜい2、30年周期の現象をリズムとして捉えることができます。
 時計を用い、先人が残した記録をたどれば長い周期性も知ることができます。先人の残した記録は、2000年間くらいはあります。2000年間あれば、太陽や惑星のリズムは記録することができます。つまり数百年以下の周期は、人類の「感じる」最長のリズムといえます。ハレー彗星は75年ごとにめぐり、冥王星は海王星より内側に230年ごとに20年間入ってくることも、リズムとして知ることができます。余談ですが、冥王星は1999年3月に海王星より外にいきました。次は230年後です。
 1000年より長いリズムは、知ることができないのでしょうか。科学を用いれば「知る」ことができます。天体運動は方程式で表すことが可能です。方程式と計算によって周期のを求めることができます。たとえば、ミランコビッチ周期と呼ばれるものや、太陽系の銀河系内での運動が、その例となります。
 ミランコビッチ周期とは、地球の回転に含まれている長期に及ぶ周期的な変化です。有名なものには、約10万年の周期があります。この周期は、氷河期と間氷期のリズムをもたらしたと考えられています。ミランコビッチ周期には、この他に、1万9000年、2万3000年、4万1000年、5万4000年、40万年などが知られています。
 太陽系は、銀河内での運動として、ミランコビッチ周期よりさらに長い周期を持っています。太陽系は、銀河のはずれにあります。銀河は中心部は球状ですが、少し外れれば円盤の形になっています。まるで、つばの広い麦藁帽子を2枚くっつけた形、「空飛ぶ円盤」のような形です。太陽系は、その銀河円盤面上を回転運動しています。面の上を正確に回転しているのではなく、面の上下を揺れ動いています。その周期が約2000万年といわれています。また、太陽系は銀河を約2億年で1周します。2000万年ごとに太陽系は、銀河の物質の多い部分(円盤面の中心)を通り抜けます。そのとき、太陽系に何らかの影響を与えているかもしれません。たとえば太陽系を揺さぶって、太陽から離れたところにある「オールトの雲」と呼ばれる彗星の巣を撹乱して、彗星をたくさん太陽に向けて送り込んだかもしれません。もちそれが地球軌道と交差すれば、地球にはその痕跡が残されているかも知れません。衝突すれば、生命の絶滅があったかもしれません。白亜紀の終わりの恐竜絶滅はそのようはリズムの一つだったのかもりれません。
 このような長いリズムが、地球あるいは生命、人類にどのような影響を及ぼすのかはよくわかっていません。このようなリズムの記憶は、地球のどこかの地層に、成分の変化や化石などとして、残されているかもしれません。地層のこのようなリズムの解読は少しずつ始まっています。その内容はまた別の機会にしましょう。

2001年5月2日水曜日

6_7 ヒトと宇宙と

 宇宙は人類、いや生命にとって、けっして快適なところではありません。そしてどんな危険が潜んでいるのかも、まだ十分に私たちは知りません。でも私たちはそこに向かうのです。なぜでしょうか。「そこに宇宙があるから」でしょうか。

 ヒトは宇宙を目指して今も挑戦しています。そして、宇宙に関する新しい技術、新しい挑戦、新しい発見が報道されると、興奮してしまうのは私だけでしょうか。単に知的好奇心という言葉では言い表せないほどの高ぶりが生じます。
 そのような心の動きは、フロンティアスピリッツと呼ぶような、ヒトの心の奥底にふつふつと燃えたぎるような感情ではないでしょうか。このような感情は、もしかすると、ヒトだけのものではないかも知れません。もっと根源的なものかもしれません。全生命のもっている習性ではないでしょうか。
 その習性の小さな例として、適応があります。都会に進出した生物たちにその好例が見ることができます。ヒトが住み良いように作られた都市にも、いつの間にか、予期せぬ生物が住み始めています。鳩、カラス、ネズミなどは、新しい環境に適応して定住しています。さらに、習性の大きな例として、進化と呼ばれるものがああります。海で生まれた生物は、陸地に進出しました。海の生物にとって陸は、非常に住みづらい環境でした。生命が地球から宇宙に出るほど、大変なことでした。そのためには、生物としての機能を変化させなければなりませんでした。しかし、進化をやり遂げ、生命は陸に進出しました。
 このように生命には、適応や進化という武器を用いて、新天地を目指します。新しい環境が手に入れば、そこを目指して生命は進出を試みます。そして幾多の困難を乗り越えて生き物の誰かがその目的を果たします。ヒトも生き物です。そして適応し、進化していきます。新たな環境への挑戦を目の当たりにすると心が躍るのは、そのようは生物の習性が心のなかでうごめいているのではないでしょうか。かつては、大航海時代の船の乗組員に、アメリカ西部開拓時代の幌馬車隊にエールを送ったのです。現在では、南極越冬隊に、スペースシャトルの宇宙飛行士に、未知の地域や目指す探検家に、未踏の山に挑戦する登山家に、私たちは心からエールを送っているのです。そして、そのニュースに感動するのです。
 ミールが寿命を終え、新たな宇宙ステーション・フリーダムが、始動しました。ヒトは今も宇宙を目指しています。そしてこれからも突き進んでいくはずです。宇宙へのフロンティアは成功するのでしょうか。多分、ヒトという生き物の中に刻まれた、強いモチベーションがある限り、いつかきっと成し遂げるのではないでしょうか。

2001年4月26日木曜日

1_7 冥王代のイベント(2001年4月26日)

 地球の始まりの時期(冥王代(めいおうだい))には、どのようなことが起こったのでしょうか。そのとき、地球にとって始めてのことばかりが起こったと考えられます。では、どのようなことが起こったのでしょうか。始めての物語を見ていきましょう。
 地球の始まりの時期を、冥王代(めいおうだい)といいます。冥王代は、46億年から38億年前の間です。46億年前とは地球の形成の時代です。39億年前とは地球の最古の地層の形成された時代です。つまり、冥王代とは、地球の形成から最古の証拠の出てくるまでの暗黒の時代を意味します。
 冥王代に起こった一番のイベントは、なんといっても地球の形成です。すべての始まりはこの地球の誕生からです。すべての物語は地球で演じられます。地球ができてすぐのころは地球は、どろどろに溶けていました。マグマの海(マグマオーシャン)から地球は始まりました。
 地球がどんなに熱くても、宇宙空間は極低温の世界です。地球の内部で熱が発生しない限り、地球はやがて冷めていきます。外から冷めていくと、原始の大気に含まれていた水蒸気が液体の水として落ちてきます。最初の雨です。水蒸気の抜けた大気は、原始の大気から第二の大気に変貌しました。
 最初に降った雨は、熱い地表ですぐに蒸発します。雨は、次々と降って、大地を冷やしていきます。雨によってマグマの海の表面は冷えて固まり、最初の大地となります。
 雨は、水蒸気がなくなるまで降り続けます。降った雨は大地の上を低いほうへと流れていきます。最初の川です。
 川は大地を削りながら一番低いところにたまっていきます。一番低いところには、地球中から集まった水がたまります。大気中の水蒸気の大部分が雨となって降ってしまうと、大量の水がたまり、最初の海となります。水蒸気のなくなった大気からは、晴れ上がり、太陽の光が大地に注ぎ始めます。最初の青空と太陽の日差しです。
 地球内部の熱がマグマとして、固い大地を破ってあちこちで放出されます。つまり火山です。あるものは海の中での噴火となります。最初の水中噴火です。
 最初の海には、川が運んできた土砂と共にさまざなま化学成分がたまります。水中噴火では、火山に含まれていた各種の成分が海に加えられます。あるいは、火山の熱によって今までにない成分が海の中で形成されました。それは、やがて生命の材料になっていったのです。
 海の水が冷えた岩石とともに地中にもぐり込むことによって、水の入ったマグマ形成が起こります。このようはマグマが固まりますと、大陸の岩石である花崗岩類が形成されます。
 このようにして冥王代には、地球の大地、海、空、そして生命の誕生の舞台ができあがったのです。

2001年4月19日木曜日

3_6 天体のリズム

 最近、太陽の活動が活発になっています。巨大な黒点が出現したり、オーロラがたくさん発生したりしています。太陽はいったいどうしたのでしょうか。太陽の活動から天体のリズムが見えてきます。


 太陽の活動には、周期があります。その周期は、11年ごとです。11年ごとに、太陽の活動が活発になります。このように、太陽の活動の活発な時期を「極大期」といいます。極大期には、黒点の活動が活発になり、太陽表面での爆発現象(フレア)も盛んに起こります。爆発によるガスやイオンが地球にまで達すると、磁気嵐と呼ばれるものが起きます。磁気嵐が起きると、オーロラが頻繁に見えたり、電波障害が起きたり、送電線に障害が起きたります。
 去年から今年にかけて、太陽の極大期にあたっています。3月後半だけでも300回近い爆発が確認されています。3月29日には、北米の高緯度地域ではラジオの電波が途絶しました。3月31日には、北海道のような低緯度の地域でもオーロラが観察されました。
 このような太陽の周期的な活動は、地球にさまざまな影響をもたらします。天体の周期的な活動では、太陽の11年周期以外にも、地球に影響があるものがあります。
 太陽と地球の関係でいえば、24時間周期の昼と夜があります。365日周期の季節変化があります。人間の生活や生理だけでなく、地球全体にも大きな影響を及ぼしています。1日の昼と夜は、地表温度に変化を与えます。1年の周期的変化は、夏と冬、乾季と雨季などの気候や季節変化を与えます。このような周期的変化が、地球の大気や海洋をかき混ぜる原動力の一つとなっています。
 月と地球にも、周期的変化があります。12時間周期の潮の満ち引き、28日周期の月の満ち欠けがあります。月と地球の周期では、海水だけでなく大地も15cmほど上下動しています。人間の女性の生理が1月周期といいうのも、もしかすると月の周期に関係しているのかもしれません。月と太陽と地球の関係では、14日周期の大潮や小潮などがあります。潮の満ち引きは、沿岸に生きる生物には大きな影響を与えます。
 天体と地球の織りなす周期的な活動は、さまざまなリズムものがあります。ここでは、人間にわかりやすいリズムのものだけを示しましたが、もっと長いものもたくさんわかっています。それは、別の機会に紹介しましょう。

2_10 生命誕生の条件

 生命は、どのように誕生したのでしょうか。その答えはまだ得られていません。しかし、多分こうだと考えられるシナリオは描かれています。現在、一番もっともらしいものを紹介しましょう。
 生命誕生のシナリオは、さまざまなものが考えられてきました。時代毎に、一番もっともだというシナリオは変わってきました。最上のシナリオを選ぶには、いくつかの条件を満たしたものを採用しなければなりません。
 まず、最初の前提条件は、「生命の誕生」があったということです。そのためには、宗教的な神や、ずっと昔から生命があったという立場は否定されます。そして、最初の生命は単純なもので、やがて現生の複雑な生命に至るという進化を認めることです。これが、生命誕生のシナリオにおける最初の前提条件です。生命の誕生や進化については証拠があります。しかし、それは別のエッセイで紹介しましょう。
 つぎに、誕生の舞台をどこにするかです。無条件に地球というのは早計です。パンスパーミア説というシナリオがあります。その説は、地球以外の天体で誕生した生命が何らかの作用で地球にもたらされたというものです。これもれっきとした科学者が唱えた説です。ある程度、説得力を持っています。もし、生命の起源が地球以外だとしたら、ではそこでどのように生命に誕生したのかが、問題となります。ふりだしに戻ります。そしてそこの環境はまったく不明ですから、問題はさらに混迷を深めます。パンスパーミア説が、地球の生命起源の真実かもしれませんが、ここでは採用しません。この説を否定する根拠はありません。また、肯定する根拠も同様にありません。不可知論です。
 では、生命誕生の舞台は原始の地球とします。ですから、生命の材料は地球の表面あるいは、地球の表面近く(大地、大気、火山活動でもたらされた)ものです。そして生命の合成は、地球の表層でごく普通にあった作用でおこなわなければなりません。これが、生命誕生のシナリオにおける、誕生の場の条件です。
 生命の誕生に関する時間的制限条件があります。それは、化石による証拠です。化石の証拠を生命進化の材料とするには、最初の生物をルーツとしてその生物が現在の生物の祖先となっている考えます。これは、実は根拠がありません。例えば、地球の最初の頃には、生まれた生物はしょっちゅう絶滅していたと考えることも可能です。そうすると最古の生物化石は、現在の生物の祖先とはいえなくなります。でもそうすると、現在の生物の祖先はいつから始まったかという検討が必要となります。少なくとも現在生きている生物は、一つの祖先から出発したという証拠があります。でも、不可知論を避けるために、最古の生物まで現在の生物の祖先と考えることとします。
 最初の生命の痕跡は、38億年前のものです。38億年前の化石はまだ信憑性は定かではなく、はっきりと化石といえるものが見つかっていません。もしそれが生命であるとすれば、環境は縞状鉄鉱層とチャートが交互に堆積する環境です。そして燐酸(りんさん)を利用する生物ということはいえます。
 35億年前には、化石に残る生物が登場します。その生物は、3000メートルほどの深海の熱水噴出口付近で生活し、細胞分裂をしていました。その生物は一種類だけでなく、何種類かの生物がいました。ですから、地球誕生が約45億年前ですから、10億年間で、熱水噴出口で生きている何種類かの生命が、誕生しているという時間的制限条件を生命誕生のシナリオは満たさなければなりません。
 これが現在得られている生物の誕生のための条件です。生命誕生の物語は、この条件を満たすシナリオでなければなりません。

2001年4月12日木曜日

6_6 有人宇宙ステーションミール

 ミールはロシアの宇宙ステーションで、2001年3月23日、日本時間で午後3時ころ、南太平洋落下しました。ミールの落下の軌道が、日本に落ちる可能性もあったため、マスコミの大々的に取り上げ、騒がれました。ミールは危険な厄介ものになりましたが、その果たした役割は大きなものがありました。ミールの果たしたことを振り返ってみましょう。

 ミールはロシア語で「平和」や「世界」という意味があります。ミールは、1986年2月20日に打ち上げられました。1986年3月15日には、2名の宇宙飛行士がミールに乗りこんで以来、有人宇宙ステーションとして活躍していました。以来約10年間にわたって常に宇宙飛行士が常駐していました。その後も断続的に宇宙飛行士が滞在して、2000年6月に2名のロシアの宇宙飛行士が帰還して、約15年にわたって活躍してきた有人宇宙ステーションのミールの歴史は終わりました。そして、2000年11月に、ロシア政府は、老朽化と財政難のためにミールの廃業を決定しました。
 ミールは宇宙でさまざなな成果をあげてきました。ミールのコア・モジュールはもともと5年の運用のつもりで設計されたものでした。そのためミールの後半生は、数々のトラブルに見まわれました。1997年2月には船内で火災、1997年6月にはプログレスのドッキングテスト中に衝突事故などがありました。しかし、死傷者はなく、致命的な故障もなかったので運用が続けられました。2000年2月には民営化され、宇宙飛行士も訪れ整備がされました。しかし、資金の調達がうまく行かず運営できない状態となりまし。
 ミールは、約15年以上にわたって科学実験や人体への無重力の影響の調査、宇宙観測などさまざな実績をあげてきました。今までに人類が宇宙で構築した最大の建築物です。最大延長33m、質量140tもありました。ミールは日本とも関係が深く、1990年12月には、秋山豊寛さんが日本で最初に宇宙に滞在しました。
 ヒトは、宇宙に定住できるのか。このような疑問に対する一つの回答がミールにありました。その現状での回答は、短期間であれば人は宇宙で滞在可能であること、現状では長期滞在は困難であることでした。しかし、何らかの工夫をすれば長期滞在も可能であることや、ある種の病気治療が可能であることを明らかにしました。宇宙は危険なところです。そんな危険なところへもヒトは進出しようとしています。これは地球生命が共通に持っている「新しい環境への進出」という性質なのです。

3_5 火星の火山

 地球の大地の多くは、マグマの活動によってつくられます。マグマの活動で一番私たちがよく知っているのは、火山活動です。記憶に新しいところでは、長崎県の雲仙普賢岳、北海道の有珠山、伊豆諸島の三宅島の火山活動があります。では、火山活動とは地球だけの特徴なのでしょうか。


 実は多くの惑星で火山活動があったと考えられています。しかし、現在活動している活火山があるのはそれほど多くはありません。一番有名なのは、木星の衛星のイオの火山活動です。1979年3月8日、惑星探査機ボイジャー1号が、イオの火山噴火の画像を送ってきたときは衝撃的でした。しかし、イオの火山は、木星との潮汐作用によってイオウが噴き出す火山でした。地球の岩石が溶けたマグマの火山と比べれば、イオの火山は変わったものでした。
 火星や金星では、多くの火山が見つかっています。ですから金星や火星では、かつては火山が活発に活動していたと考えられてます。それは、地球に似て、岩石の溶けたマグマによる火山です。
 火星には地球をしのぐ巨大な火山があります。オリンポス火山は、現在知られている中では、太陽系で最大の火山です。直径700km、高度25kmという、とてつもなく巨大な火山です。地球最大の火山は、ハワイ島で、直径200km、海底からの高度9kmと比べれば、その巨大さに驚きます。火星は地球より小さい惑星なので、惑星の内部の熱も少なく、もう冷めてしまった星だと考えられていました。つまり、もう新たな火山活動などないような、死んでしまった惑星だと考えられていました。
 2001年3月14日付けのCNNニュースで、アメリカのテキサス州ヒューストンで開かれた学会で、火星で2つの火山が現在も活動している可能性があるという報告がなされました。NASAの火星探査機マーズ・グローバルサーベイヤーの高精度の画像を調べたところ、南半球に2つの火山が見つかりました。ティルヘナ・パテラとハドリアカ・パテラの2つの火山は、35億年にわたって活動を続け、現在も活動をしている可能性があることが示されました。さらにこの火山周辺では、火山の熱で地表の氷が溶けて、火山の周りに運河を形成していることも明らかになりました。
 火星は死んだ惑星ではなく、現在もささやかながら活動を続けている可能性が出てきたのです。とすると、火山活動で、水が定期的に供給される環境が長く維持されれば、生命が発生し、進化している可能性があり、現在も生きているかもしれないのです。ぜひ、その真偽のほどを確かめてみたいものです。

2001年4月5日木曜日

4_7 桂林にて(中国への旅2)

 中国大陸には、日本人が、あるいは誰でもが、感動する景勝地が多数あります。日本の拍子抜けするような観光地に比べれば、圧倒的な迫力と説得力を持っています。中国広壮族自治区にある桂林は、そのような所です。山水画でよく見る、「あの」中国的な景色の一つです。だれもが写真を見れば、「ああ、あそこか」というほど有名な所です。


 2000年10月25日から11月1日にかけて、中国に行った折に、桂林を訪れました。予想にたがわぬ観光地でした。観光地特有のスレた人達が一杯いましたが、その景色には感動しました。異様な地形、日常感覚とは飛び離れた景観です。それが感動的なのです。その感動の元は、地形自体が箱庭的なのに、そのスケールが大規模であることだと、私は分析しています。
 箱庭は何となく、ほっとさせる安心感や、自由さとロマンなどがコンパクトに収まっています。それはそれでいいのですが、やがてその箱庭が巨大で、自分の体の小ささを感じると、畏怖の念が生じます。さらに、そこに息づく自然や生命、人々の生活を目にすると、そのスケールの大きさの中に親しみを生じてきます。
 この桂林の地形は、長い時間と大地や地球の営みがつくり上げたものです。桂林の峰峰を構成しているのは、石灰岩と呼ばれる岩石です。石灰岩は、炭酸カルシウム(CaCO3)からできている方解石と呼ばれる鉱物が主成分です。石灰岩は、生物の化石が見つかることがあります。サンゴ虫や層孔虫などの体やその破片からできています。サンゴ虫や層孔虫は、礁をつくる生き物です。古い時代では、層孔虫が礁をつくり、新しいはサンゴ虫が礁をつくっています。
 石灰岩は、生物がつくった海の中の巨大な島なのです。それが大地の営みによって陸地に上げられたのです。その後、長く雨や地下水などの侵食作用によって、大部分が溶かされたり削られたりして、今の地形となったのです。
 数億年に及ぶ長い時間の流れが、この桂林の地には刻まれています。そして、これからもこの地形は変化を続けいきます。やがてはなくなってしまかもしれませんが、それも地球の摂理かもしれません。

4_6 澄江へ(中国への旅1)

 2000年10月25日から11月1日まで、中国に行ってきました。目的は、古い時代の化石とその産地を見学することと、石灰岩の地形を見ることでした。


 古い時代の化石は、澄江(チェンジャン)という地域に産出します。澄江は、中国南部の雲南省の省都の昆明から車で2時間ほど南にあります。何の変哲もない、小さな田舎都市です。
 澄江が注目されているのは、カンブリア紀直前の時代(5億7000年前こと)の化石がたくさん出るからです。一般に生物の多様な化石が出現するのは、カンブリア紀以降の顕生代と呼ばれる時代です。しかし、その直前から、生物出現の兆しが、いくつかの地域で見つかっています。その地域の中で今一番、一番注目されているのが、この澄江なのです。
 万国地質学会のワークショップが1995年に中国で開かれた時、カンブリア紀とそれ以前プレカンブリア紀の境界の模式的な地域として、この澄江が選ばれたのです。その理由は、ここの地層には、プレカンブリア紀とカンブリア紀の時代境界部が連続的に堆積しているからです。他の地域にも、この時代境界の地層はあるのですが、断層や不整合などと呼ばれる不連続な境界であるために、時代境界で何が起こったかを調べるのには不適切な素材なのです。澄江では、境界部が連続的に残されているので、何が起こったかのかを研究するには最適なのです。
 ではプレカンブリア紀とカンブリア紀の境界は、どうなっているのでしょうか。いくつかのタイプの化石が多数出現してます。生物が這った跡(生痕(せいこん)化石と呼ばれます)は各地層にたくさん出るのですが、少なくとも3つの動物群化石のでるゾーンがあります。
 化石の出るところが境界候補になるのですが、4通りの可能性が主張されており、そのどこを境界にするのかが難しい問題となっています。国際的には、あるゾーンを境界とするという決定をしているのですが、私たちを案内してくれた中国の地質学者はもっと下の地層(もっと古い時代)を境界にしたいと考えています。
 今後も議論は続きそうですが、そのような議論ができるのも連続した地層という研究素材があるからです。

6_5 人類と知恵と

 長期持続できる文明社会への道は険しいかもしれません。しかし、多くの人類が知恵を出し合えば、人類の生き残りへの道筋か拓けるかも知れません。多くの場で、地球や自然について考えることが、大切ではないでしょうか。

 二酸化炭素の放出を削減したり、フロンを使わなくしたり、人類は地球環境を守るために、さまざまな努力をしています。その結果が現れるのは、少し先かもしれません。しかし、何もせず終焉を迎えるよりは、少しでも長生きをする道を選ぶべきです。
 今まで、地球上に存在した生物のすべて種には、寿命があることがわかっています。したがって、人類という種も、遅かれ早かれ滅びるはずです。その「滅び」が利潤追求のために早まることは大いにあることだと思います。
 例えば、二酸化炭素の放出削減は、本当に地球にあるい人類にとって必要な方策なのでしょうか。現在文明を守るためには必要な措置かもしれません。丸山茂徳氏は、科学雑誌「サイアス」で、「現在、地球は寒冷化に向かっている。だから、頑張って二酸化炭素を出さないと長い目で見れば地球の生物全体が、やがては人類が困る」というような内容を述べられてました。人類という種を考えると、文明は滅びても、種を守るためには、寒冷化への対策のほうが大切なのかもしれません。地球を相手にして、地球のタイムスケールで考えている丸山氏の発言には、同業者として共感できるところがあります。
 私たちは人類です。ですから人類の視点で、地球や生命を見ています。その人類であるという視点をはずすと、別の見方ができることを丸山氏は指摘したかったのだと思います。
 「地球環境を守る」ことや「絶滅生物を保護する」こと、どれも大切なことです。しかし、私たちは、清潔な生活環境を維持しようと日々努力しています。その清潔な環境とは、微生物(雑菌と呼ばれます)のいない環境を目指しているのです。そこには、当然ながら殺戮があります。ウイルス性の病気を予防したり、治療するために、ウイルスという生き物を殺戮しているわけです。極端な例ですが、人類中心では見方をすればそうなります。
 「地球環境を守る」ことや「絶滅生物を保護する」というお題目を唱えるときに、そこには人類のエゴイズムが入っていることを自覚するべきです。一つの視点で見ることの怖さを、ここに垣間見ることができます。いろいろな視点があることを理解していく必要があると思います。
 この「地球のささやき」の各所で、いろいろ社会批判めいたことを述べてきました。しかし、このようなことを考えること自体が、人類としての営みがなせる技なのだと思います。考えることができる人類は非常にすばらしいことだと思います。考えなければ、自分自身が滅亡に向かっていることすら気付かずに、絶滅への道を歩むかもしれません。自分自身の将来を予測し危険があれば回避できるということは、非常にすばらしいことです。人類以外の生物は、予測もしないし、自分自身の生き方を変えることもありません。やがて滅びるはずの人類の最後の足掻きかもしれません。しかし、一世代で終わるのが、数百、数千、数万世代経た後の滅びとは、大きな違いがあるかもしれません。現在の人類が滅びても、中生代の恐竜のように、多様な種を擁する新人類の時代が訪れるかもしれません。滅びれば、そのような夢もすら見れません。

2001年3月29日木曜日

3_4 二酸化炭素はいずこに

 原始の地球の大気は、二酸化炭素が主要成分でした。それが、今や非常に少ない成分となっています。その少なくなったはずの二酸化炭素が、少し(0.01%ほど)増えただけで、温暖化という問題が生じています。では、大量にあった二酸化炭素が少なくなったプロセスをほんの少し再現すれば、二酸化炭素による温暖化は解決されるかもしれません。ここでは、二酸化炭素の行方を追ってみましょう。


 二酸化炭素は、ある程度海水に溶けます。二酸化炭素は、海水に溶けると、炭酸イオンとなります。炭酸イオンは、マイナス2価のイオンですので、プラス2価の陽イオンと結びつきます。化学的性質で、カルシウムやマグネシウムと結びつくと、沈殿します。炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムは、固まると方解石やドロマイトという鉱物になります。ですから、陸地に持ち上げられると、固体として安定したものとなります。そしてなにより、気体のときの二酸化炭素と比べると、格段にコンパクトなサイズになっています。
 海水から二酸化炭素が減ると、大気中の二酸化炭素からまた溶け込んできます。カルシウムやマグネシウムは、海水にたくさん含まれている成分です。岩石にもたくさん含まれている成分で、海水に少なくなると、陸地の岩石から水に溶けて、川によって海に運ばれてきます。
 海に生物が誕生すると、炭酸塩を殻や骨に利用するものが現れてきました。サンゴなどがその例です。サンゴは小さい生き物ですが、たくさん集まると島を取り囲むほど巨大になります。現在では、オーストラリアのグレートバリアリーフのように、長さが1000kmを越すような規模のものまであります。サンゴ礁は、海の中にあると、やがては溶けてなくなりますが、地球の営みによって、陸地にあげられれば、石灰岩という岩石として長く保存されます。陸地には、グレートバリアリーフに匹敵するような規模の石灰岩地帯がいくつもありあます。「日本には石灰岩のない県はない」といわれるほど、小さくてもいたるところにあります。
 陸地に植物が、誕生すると、植物が今度は、有機物として二酸化炭素を固体にしてきました。あまった有機物は石炭として炭素の固体として、大地の中に保存されました。
 地球の大気の変遷は、地球と大気の相互作用の結果なのです。その相互作用は、生物の進化にともなって、時代毎に変化してきました。
 今も大気中の二酸化炭素は、生物によって固体化されています。しかし、そのような生物を人間は、材木や紙として利用しています。あるいは石炭や紙を燃やして、植物が固体化する以上に、二酸化炭素を生産しています。これが、将来どう変化するかは、人類の選択に委ねられているのかもしれません。

2_9 最上の生活様式とは

 どのような生物でも、現在自分が置かれた環境に適応します。そして、その環境で生活できるようになっています。その生活様式が最上のものかどうかわかりませんが、とにかく生きていけます。では、その環境に最上の生活様式とは、どんなものでしょうか。答えはあるのでしょうか。
 「2_7 炭素を中心に」で地球生命は、炭素を積極的に利用していることを示しました。地球の大気のなかでは、炭素は二酸化炭素の形で存在します。ですから、生命は二酸化炭素から炭素を取り出し、有機物にして利用します。その二酸化炭素から有機物にいたるプロセスの代表的なものが、光合成と呼ばれるものです。光合成は、植物が担っています。
 植物は、陸地の広い部分を覆うほど発展をしています。しかし、光合成は地球の環境で最適な生活様式なのでしょうか。二酸化炭素は、現在、地球の空気には0.03%しかない成分なのです。植物は、少ない資源を有効に利用しているのです。しかし、別の多くある資源を有効に利用したほうが、効率的で生きやすいはずです。
 動物や植物も「呼吸」には酸素を利用しています。酸素は、空気の主要成分です。ですから大量に簡単に手に入る資源を使っているわけです。動物は、植物がつくった大量の有機物を、ちゃっかり利用しています。動物が一番、環境に適応している、あるいは一番楽な生活様式をもっているのかもしれません。
 では、植物はなぜ、そのような少ない二酸化炭素という資源を苦労して利用しているのでしょうか。実は、量は少ないのですが、二酸化炭素は地球上のいたるところに、一定の量が存在します。常に新たな二酸化炭素が、呼吸や火事、火山などで供給されているため、ある日突然枯渇することはありません。二酸化炭素は、少ないけれども、安心して利用できる資源なのです。
 二酸化炭素から有機物にするにはエネルギーを必要とします。植物は、光合成ためのエネルギーも、無尽蔵にあるものを利用しています。そのため光合成は、エネルギーに関しても安心な方式なのです。そのエネルギーの供給源が太陽なのです。太陽は、枯渇することのないエネルギーです。
 植物は一見少ない資源を細々と利用しているいるようなのですが、実は地球では、非常に有効な生活様式なのです。ですから、地表にあんなにも植物が繁栄しているのです。

2001年3月22日木曜日

4_5 最古の海の証拠

 海というと、海水のあるところです。では、海と陸との違いは、海水があるかないかの違いだけなのでしょうか。もっと違う部分が海の底には隠されています。


 海と陸の違いは、水のあるなし以外にもあります。岩石が違います。陸をつくっている岩石は、花崗岩と呼ばれるものです。墓石や石材としてよく使われている御影石とも呼ばれるものです。一方、海底をつくっている岩石は、玄武岩(げんぶがん)と呼ばれるものです。
 花崗岩も玄武岩もマグマからできものです。しかし、玄武岩とは花崗岩とはおおいに違います。花崗岩は、マグマが深いところでゆっくり冷えて固まり、大きな結晶(鉱物)からできている白っぽい深成岩です。玄武岩は、マグマが海底に噴出して急速に冷えて固まり、小さい結晶や結晶しきれずにガラスのなって黒っぽい火山岩です。
 さらに、海と陸の違いは、海をつくる玄武岩が新しい(大部分2億年より若い)のに対し、陸の花崗岩は、新しいものがありますが、大部分は古いものが多くなっています。ですから古い海の岩石は、海にありません。陸のあります。かつて海底の岩石であったものが、大地の営みによって大陸に持ち上げられたものが時々あります。そのようなものを探せば、海の化石ともいえる海底の岩石が見つけることができます。
 グリーンランドのイスアには、地球で最古の海の岩石があります。最古の堆積岩も海の証拠ですが、最古の海洋地殻もイスアから見つかっています。イスアから見つかっている海洋地殻の代表的なものは、玄武岩の枕状溶岩です。枕状溶岩とは、玄武岩が海の中で噴出して、溶岩が枕を積み重ねたような構造になったものです。
 グリーンランドのイスアで見つかる海洋地殻は、現在の海洋地殻と同じだと考えられています。イスアの岩石類が形成された年代は、今から約38億年前です。つまり少なくとも38億年前から、今の海洋地殻をつくる地球の営みが起こり、そして現在までその営みは続いているのです。

4_4 堆積岩の話

 続いて、グリーンランドの話をします。グリーンランドのイスアというところにある世界最古の堆積岩を紹介します。


 まず、堆積岩とは、大陸の川が運んできた土砂が、海底にたまったものです。堆積岩があるということは、海があったという重要な証拠となります。
 イスアの堆積岩は約38億年前のものです。38億年前から現在まで、さまざまな時代の堆積岩は世界各地から見つかっています。このように、各時代の堆積岩が見つかるということは、地球の海は、38億年前から現在まで、ずっと絶えることなく存在しつづけたことを意味します。
 海がずっとあったということは、地球の表面の温度が、摂氏0度から100度までの間に保たれていたことを意味します。このような条件は、生命にとっては非常に望ましい環境でもあるわけです。
 海があれば、生命の誕生の場となります。また、そんな海が持続的に存在すれば、海で誕生した生命は、海で更なる進化を遂げることができます。進化の結果、やがて生命は海を離れるものも出てきて、私たちヒトも生まれることができました。
 グリーンランド、イスアの堆積岩は、礫岩と呼ばれるものが特徴的でした。イスアの礫岩は、玉石のような粒の粗いものが混じっていました。そして、ザクロ石(ガーネット)の数センチメートルの結晶がたくさんできているところもありました。非常に珍しいものです。さらに、イスアの堆積岩は、褶曲していました。
 最古の海の証拠であるイスアの堆積岩からは、生命の痕跡が発見されています。真偽のほどは議論中で、まだ結論は出ていませんが、私自身はかなり信憑性は高いと考えています。もし、この生命化石が本物だったら、地球では海ができてすぐ、生命は発生したことになります。生命は案外、簡単にできてしまうものかもしれない、ということが、この議論の背景にはあるのです。

4_3 白い大陸グリーンランド

 クリーンランドという地名を、多くの人が聞いたことがあると思います。しかし、どこにあるのか知っている人はどれくらいでしょうか。まして訪れたことがある人は、どれくらいるでしょうか。今回はグリーンランドのお話です。


 なぜ、突然、グリーンランドの話を始めたのは、実は2000年7月に、グリーンランドに2週間ほど行ってきました。その話をします。
 まず、グリーンランドの位置から説明します。グリーンランドは、大西洋の北の方にあります。グリーンランドの最南端は北緯60度で、最北端は北緯84度で、ほとんどが北極圏にある白い大陸です。
 グリーンランドが白いのは大陸の氷床があるからです。こんな白い大陸ですが、人間は定住しています。私たちの血縁のあるグリーンランディックと自らを呼ぶ、イヌイット(エスキモー)と同属の人達です。黄色人種で、私たちに似ており、どことなく親しみがあります。
 グリーンランドとはいえ、夏には植物が生え、暖かい日が続きます。Tシャツでも大丈夫です。ただし、太陽が出ていているときです。曇っていたり、晴れても風があると、上着が必要です。ですから、家から出る時、何を着るべきは悩むところです。
 こんなグリーンランドに、3年前から行きたいと思っていて、やっと念願がかなって、行きました。普通の海外旅行の2倍の費用がかかりました。そして、念願の目的地であるイスアというところには、約3時間ほどしかいれませんでした。本当は5時間ほどいる予定だったのですが、天候の都合で半分しか滞在できませんでした。しかし、満足しています。
 なぜ、たった3時間のために、高いお金を払ったのかといいますと、そこにしかない地層と岩石が見たかったのです。地質学的に非常に面白いところなのです。博物館には、グリーンランドのイスアの岩石があります。しかし、本物を見たい、そして、現地の臨場感を味わいたい思って行ったのです。
 私が恋こがれたのは、38億年前の堆積岩と海洋底を構成していた岩石があるからです。堆積岩も海洋底の岩石も、海があった証拠となるものです。そして、イスアの堆積岩と海洋底の岩石が地球で最古のものなのです。地球最古の海の記憶を肌で感じたかったのです。それが、遥かグリーンランドへの旅の目的だったのです。

2001年3月15日木曜日

2_8 火星の生命

 2月27日付けのアメリカ科学アカデミーの機関紙に2つの論文が載りました。その論文は、火星から飛んできた隕石から生物の痕跡を発見したという報告でした。火星生命化石に関するニュースは、これが2度目です。本当に火星に生命がいたのでしょうか。科学界では、このニュースをどのように捉えているのでしょうか。
 1度目のニュースは、1996年の夏でした。アメリカの科学雑誌サイエンスに、火星起源の隕石から化石を発見したという報告が載りました。その雑誌が出る直前に、NASAの長官が事前にプレスへ発表しました。その発表の数日前から、インターネットのメイリング・リストでは、「何かしらないけど大発見があったらしい」という噂が流れていたのですが、NASAの長官の記事が、写真付きで新聞に出たときは、私も少なからず驚きました。すぐさまサイエンスのホームページにアクセスして、その論文を取り寄せました。
 1996年の論文が出てから1年間くらいは、さまざまな学会で、火星生命の真偽のほどが議論され、特集号もたくさん出版されました。
 今回の化石の発見も前回の同じ隕石のALH84001からの発見でした。前回の論文では、炭酸塩の形態や、生物特有の化学組成を持っていることが、その根拠となっていました。今回は、磁鉄鉱(Fe3O4)という鉱物に関する報告でした。一つは、形態が地球のバクテリアだけがつくる磁鉄鉱にそっくりであるという報告でした。もう一つは、有機体でしかできない磁鉄鉱の結晶の鎖の発見でした。
 前回も今回も、火星生物の証拠となった炭酸塩や磁鉄鉱は、生物でなくても無機的にできる可能性がある、という反論が強くあります。今のところまだ、断定的結論は出ていませんが、否定的見解が多いようです。しかし、どの研究者も、強行に否定しません。それは、完全に否定してしまうと、火星探査のための予算が打ち切られることを懸念しての配慮かもしれません。学術雑誌の特集号でも、否定的ですが、その真偽を決定するためには、更なる火星における探査や調査が必要としています。
 果たして、火星に生物はいたのでしょうか、あるいは今の火星のどこかにいるのでしょうか。火星人の夢は敗れたのですが、私たち地球人は、宇宙で孤独な存在ではないのかもしれません。そんな可能性を、このニュースは伝えているのです。

2_7 炭素を中心に

 私たち地球の生命は、さまざまなものがいます。でもその化学的な性質は、すべてに共通した性質があります。つまり炭素という元素を中心とした生物なのです。では、なぜ炭素なのでしょうか。炭素以外の元素の生物はありえないのでしょうか。
 私たち地球の全生命は、有機物からできてます。有機物とは、炭素を中心とした化合物です。炭素は、地球の原料物質として比較的多い元素でした。炭素は、元素として4本の腕を持ち、他のイオンと結合することができます。そして、6個集まって環のかたちになり、いくつもの環が連結することもできます。ですから、さまざなま化合物をつくるのに都合のよい元素といえます。このように炭素を中心として生物を、炭素型生物といいます。
 では炭素だけが生命に適した元素でしょうか。4本の腕をもってイオンとして結びつくことができる元素であれば、周期律表をみればいいわけです。炭素は4本の腕を持つ元素としては、周期律表では一番上に位置します。炭素(C)と同じ列(IVB族)としては、すぐ下に珪素(Si)その下にはゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)があります。ゲルマニウムやスズ、鉛では地球では存在度が少なすぎて、生命の材料としては適しません。それと、周期が下になるほど重くなります。珪素は地球にたくさんある元素で、炭素より多くなります。
 ではなぜ、珪素を中心とした生命が誕生しなかったのでしょうか。それは、反応する温度によると考えられます。炭素の化合物の多くは、0から100℃で合成されます。つまり、地球の表層の温度の範囲で、さまざまな化合物をつくることができるわけす。ところが、珪素の化合物は100℃以下の低温では、ほとんど化合物が形成されません。多くの鉱物は、数百度から千数百℃の高温で形成されます。ですから、地表では、マグマが活動するような地域やマントル付近の高温の部分でしか珪酸塩化合物ができません。ですから、もし生命がいたとしても、われわれには観察できないかもしれません。それに、火山地帯にいたとしても、火山活動が終われば死に絶えてしまい岩石となります。さらに、その代謝の仕組みや、生活形態があまりに異質すぎて私たち炭素型生物には認知できないかもしれません。
 地球の初期のマグマオーシャンには、珪素型生命が活発に活動していたかもしれません。どうすればそのような生物を私たちは、知ることができるのでしょうか。今のところ知るすべはありません。想像するしかありません。

2_6 酸素を嫌う生き物たち

 生命といえば、生きているもののことです。では、「生きているということ」とは、いくつもの答えがあるでしょうが、答えの一つに「呼吸をする」が出てくると思います。そして呼吸とは、酸素を吸って二酸化炭素を吐き出すと考えてしまいます。しかし、呼吸とは、そのようなものだけなのでしょうか。実は、呼吸にはいくつかの方法があり、酸素の呼吸は、地球の歴史では後半の方法なのです。酸素の嫌う生き物もいるのです。
 生命といえば、私たちはヒトを規準にして考えます。しかし、ヒトは地球生命の代表としてふさわしいでしょうか。例えば酸素を吸って、二酸化炭素を吐き出す。このような呼吸は、代謝と呼ばれます。酸素呼吸は、動物や植物では共通していますが、地球生命を代表する代謝の仕方でしょうか。
 生物のエネルギー供給源は、もとをたどれば太陽にたどりつきます。太陽エネルギーの利用法で一番有名なのは、光を直接エネルギー源として利用する光合成です。光合成は、二酸化炭素を取りこみ、最終的には酸素を放出する代謝の方法です。光合成は、太陽の光の届く範囲でおこなわれます。そのような環境は、現在の地球では酸素が多い環境となります。酸素の多い環境での生活をする生物を、好気性生物といいます。
 これに対して酸化還元の化学反応を介してエネルギーを獲得する方法は、化学合成といいます。化学合成には、有機物を利用する有機化学合成と、硫黄やアンモニア、水素などの無機物を利用する無機化学合成があります。化学合成は、太陽のエネルギーを使わずに代謝する方法です。太陽エネルギーの到達しない環境には、酸素のないところが多くあります。このような酸素のない環境で生きる生物は、嫌気性生物といいます。
 地球の初期には酸素は存在しなかったので、最初は酸素を利用しない生物がいたと考えられます。そして移ろいやすい地表付近の環境より、安定した深海底などのほうが生物の誕生、発展の場としてふさわしいと考えらています。そのような環境は、過酷なようですが好熱性の古細菌、好酸性の古細菌にとっては最高の生息環境となったのです。生命の誕生から、地球の大気に酸素が多くなる約20億年前まで、地球は嫌気性生物の惑星だったのです。
 現在も、土壌中と海洋に生息する微生物の数は、地球上の全生物の過半数になりますが、その多くは無機化学反応によってエネルギーを得ている嫌気性生物なのです。
 ですから、「生き物は酸素を呼吸する」という私たちの常識は、実は一側面しか見ていないことになります。酸素が生命の星の証といいましたが、二酸化炭素と窒素の初期的な惑星大気でも生物は誕生し充分繁殖できたのです。

2_5 小さい生命たち

 細菌は非常に小さい生物で、日ごろのほとんど目にしない、あるいは気にしてないものです。あえて細菌といえば、ヒトにとって有害なものと考えて、なんでもかんでも殺菌しなければならないように思ってしまいます。細菌は、私たちヒトとはまったく無関係で、有害なものなでしょうか。実は、私たちと共通の祖先をもつのです。このようなことが、なぜわかったのでしょうか。見ていきましょう。
 地球を宇宙を見たとき、何色に見えるでしょか。青と白、茶色、緑が目立つ色です。このうち緑は、生命が出している色です。つまり、植物です。宇宙から見て、存在が確認できるほど多くの生物は、植物なのです。緑は、一つの種類ではありませんが、植物全体として、地球を広く覆っているのです。植物は、地球を制覇しているように見えるのですが、実は細菌や古細菌と呼ばれる生き物も、もう一つの地球を制覇していました。それは過去の地球です。そして、生命の進化において重要な役割を果たしました。
 私たちヒトは、真核生物に分類されます。真核生物とは、核を持っている生物です。核(かく)とは、一つ一つの細胞の中でDNAが収められている膜です。核を持たない生物は、原核生物と呼ばれ、DNAは細胞の中に散らばっています。細菌(正確には真正細菌)や古細菌は原核生物でです。真核生物と原核生物を比べると、原核生物を1としたとき、真核生物の細胞の大きさは100倍以上あり、DNAも10から1000倍以上あります。
 細菌と古細菌と真核生物は、それぞれ別の分類体系になるほどの違いあります。その分類方法は、塩基配列を調べておこなわれます。リボソームのRNA分子(rRNA)の全塩基配列を用いておこなわれます。リボソームは、すべての生物が細胞内にもっているたんぱく質を合成する器官です。塩基配列の変化は時間とともにある確率的によって起こっているという仮定をもとに、遺伝距離法という研究法があります。遺伝距離法によって、各生物のrRNAの変化が、今からどれくらい前に起こったかを計算することもできます。絶対的な時間に関する精度はまだ不充分ですが、分かれた順番や、その相対的な時間においては、比較的正確に求めることができます。
 その結果、一番最初、生命は細菌と古細菌に分かれます。その後、古細菌と細菌の違いよりもずっと隔たったところで真核生物が分かれます。真核生物は、古細菌に近いほうに位置しています。つまり私たちは、古細菌と共通の祖先を持っているということです。さらに遡ると、細菌類とも共通のすべての生命の祖先にたどり着きます。そのような祖先はまだ見つかっていません。すべての生命の共通の祖先として、コモノートと呼ばれています。

2_4 多数決でいえば

 ヒトは万物の長(ちょう)であるといわれます。確かに、ヒトには他の生物種にはみられない特徴がありそうです。しかし、生命全体から見れば、数は、ヒトが一番ではありません。霊長類、哺乳類、脊椎動物でも主流を占めるわけではありません。では、生命の主流派は、いったい誰なんでしょうか。今回は、多数決で考えてみましょう。
 私たちは、昔から生命を分類してきました。細かく一つ一つ分けていく分類と、一つ一つを体系立てて区分する方法をとってきました。その方法は、現在も進行中です。全生物種のうち、記載されているのは、全体の1割にも満たないかもしれないのです。まして、過去の生物も含めれば、私たちが知っている生物の全体像は、ほんの一部なのかもしれません。また、生物の体系のまだ、確定されていません。
 かつて生命は、動物か植物かの二界に区分されていました。その分類体系は、1758年にリンネが「自然の体系」でまとめました。その後、1874年にヘッケルは、動物と植物の2界以外に、バクテリアを含まない単細胞生物を区分して、3界としました。20世紀初頭には、バクテリアは新しい界(モネラ界)として区分され、4界となりました。1959年にホイタッカーが、真菌を区分して5界としました。しかし、モネラ界は、他の4つの界に比べて大きく違うことがわかっていました。
 近年、DNAやRNAなどの塩基配列を調べて、生物の近縁関係を調べる方法が普及してきました。その方法によれば、かなり客観的に生物種の関係を調べることができます。その方法によって1977年代にウースは、古細菌を真正細菌と区分し、界より上の生物区分体系のドメイン(domain)という考えを導入し、真核生物(ユーカリア)、古細菌(アーキア)、真正細菌(バクテリア)の3つドメインを提唱しました。現在もこの考えについては論争中です。
 細菌も古細菌も、核を持たない生物です。大きさは、0.5から1.5μm、長さは1から数μmです。このような小さな生物ですが、その繁殖力は旺盛です。1gの土の中に、数千から数百万の細菌がいます。ですから、数という多数決でいえば、細菌や古細菌が一番ではないでしょうか。また、生活圏は広く、深海底の熱水墳気口から、地下数千メートルの地中、90℃以上の熱水中、pH1のような酸性の温泉水中など、ありとあらゆるところで見つかります。地球のどのような過酷な環境でも生活可能です。
 私たちが日ごろ目にする生き物たち、それは、生物のほんの一側面なのです。目に見えないから少数派ではないのです。目に見えなくても多数派もいるのです。

2001年3月8日木曜日

5_8 鼻が利くということは

 科学者は「鼻が利く」必要があります。では、科学において「鼻が利く」というのは、どういう意味を持つのでしょうか。科学とは、客観的で誰がおこなっても同じ結果が出るはずではなかったでしょうか。今回は、科学と「鼻」について考えましょう。

 No.015の「5_7 科学と常識と」で紹介したように、科学も人間がおこなう営みの一つです。ですから、少し特殊かもしれませんが社会の一つの職種や階層として、他の職種や階層と同じように、さまざまな思惑や、人それぞれの流儀、経験、縁起など、人間臭い面があります。それに派生して、業績争いや、先陣争い、研究費の取り合い、ねたみ、恨みなども、どこの世界でもある軋轢もあります。
 「鼻が利く」科学者という話をしましたが、科学の世界にそのような職人的な部分があるのでしょうか。実はあるのです。最古の鉱物の発見の話をしました。しかし、最古の鉱物を発見した科学者は、偶然最古の鉱物を発見したのでしょうか、あるいは闇雲に最古の鉱物を探してやっと発見したのでしょうか。いずれでもありません。最古の鉱物を発見した科学者は、いくつかの場面で、経験や勘、つまり「鼻が利かせ」ているはずです。
 実際に当事者でありませんから、実情はわかりません。しかし、著者がこのような研究をした経験から、一般的な岩石の研究方法で考えていきます。
 まず、最古の鉱物のありそうな地域を事前に調べます。そして必要なら、その研究者と連絡をとり、共同研究をします。次に、野外調査をして、一番古いと思われる岩石資料を採集します。その資料の中からジルコンを分離して一番古そうなもの分析します。このようなプロセスを踏みながら、最古の鉱物に、如何に、無駄なく、楽に、早くたどり着けるかが、「鼻が利く」科学者の真価となります。
 研究の各場面で、研究者は「鼻を利かさ」なければなりません。
 調査する場所選びで、まず「鼻を利かし」ます。以前最古の鉱物が見つかった付近が、一番手っ取り早い候補地となります。実際、同じ地域の再調査とまったく新しい調査地で2つの研究がおこなわれました。
 次に、その選ん地域の野外調査でも、「鼻を利かさ」なければなりません。狙うのは、その付近で、一番下にある地層を探します。地層は上に新しい地層が重なりますので、下ほど古い地層となります。古い時代の地層は、水平ではなく、曲がったり(褶曲(しゅうきょく))、切れたり(断層)していることがあります。一番下の地層見つけるのも経験や勘が必要になります。つまり「鼻を利かさ」なければなりません。
 同じ地層でもジルコンが含まれていそうな部分を選んで、岩石を標本として採集します。年代測定は、ジルコンを用います。ですから、ジルコンの入ってない資料はいくら持っても年代測定はできません。岩石資料は、可能性のあるところすべてで多数取ります。どんなに「鼻の利く」科学者でも、一発勝負はしません。もてる限り、処理できる限りの資料を持ち帰ります。
 もって帰った岩石資料からジルコンを分離する資料を決めます。持って帰った岩石をすべて岩石薄片とし、顕微鏡で岩石を観察します。そして、ジルコンが入っているかどうか。そして、そのジルコンが、最古のものとなるかを「鼻の利かせ」て見分けます。
 いくつかの岩石資料が決まったら、ジルコンを分離します。予想通りジルコンが出てくれば、その中から年代測定に適しているかを判断して、「鼻の利かせ」て古そうなジルコンを選びます。
 目的とする最古の鉱物出なければ、第2の候補地に移るか、野外調査をやり直します。そのようはプロセスの結果、念願の最古の鉱物が、今回は2ヶ所から別の研究者によって発見されました。
 研究、特に発見的研究には、「鼻を利かさ」なければなりません。「鼻の利き」具合が、成功への道のりへの長さともなります。また、うまくいかないときの引き際も、「鼻の利かさ」なければなりません。そうしないと、ないものを永遠と探す羽目になります。研究は、結構、人間臭いものなのです。

5_7 科学と常識と

 科学では、客観的で誰がおこなっても同じ結果が出るはずです。科学は、主観の入らない客観的な学問の典型だと考えられています。多分、今でも多くの人はそう考えていると思います。科学者の多くもそう考えています。でも本当にそうでしょうか。少し哲学的で長くなりますが考えていましょう。

 私たちは、基本的には常識的な判断に基づいて日常生活をしています。そのため、常識的な判断によって科学もおこなわれています。このような常識的科学観の基盤を築いたのは、デカルトとベーコンであり、カントによって集約されます。
 デカルトは、「方法序説」の中で合理主義に基づく機械的な自然観を示しました。理性により一つの原理から個々の事実を証明するという演繹法を確立しました。デカルトから始まる合理主義は、パスカル、スピノザ、ライプニッツへと進んでいきました。
 ベーコンは、先入観や偏見を持たずに、自然をよく観察する経験主義を唱えた。いろいろな事実から一つの原理を導く帰納法という手法を確立しました。ベーコンから始まる経験主義は、ホッブス、ロック、バークリー、ヒュームへと受け継がれていきました。
 このような経験主義の流れの中に、ニュートンもいました。ニュートンは「われ仮説を作らず」と語り、ベーコン的な精神を表明しました。
 ニュートンの科学に強い影響を受けたカントは、自然科学では扱えない形而上学の領域を確保した。従来の経験主義と合理主義と批判しつつ、発展させ統一した。カントから始まるドイツ観念論は、フィヒテ、シェリングそしてヘーゲルによって集大成されました。
 このような科学や哲学的な潮流から、原因を追求すれば法則や理論が発見できるという要素還元主義と、法則や理論によってこの世は成り立っているという機械論的世界観が主流となりました。常識的科学観は、要素還元主義を基本的な方法論とした機械的世界観でした。そして、1950年までに、常識的科学観に基づく科学哲学が構築されました。
 しかし、このような常識的科学観に大きな変化が現れました。技術の進歩によって、自然に関するデータが爆発的に増加しました。それによって、要素還元主義的手法だけでは、すべては解明することができない現象が各分野で明らかになってきました。例えば、量子力学や宇宙論、生命科学などの分野で顕著に表れました。確実さには限界があることを量子力学は示しました。カオスやフラクタルなどの複雑系として自然とは複雑で混沌とした面があることが「科学的」にわかってきました。遺伝子の探求だけで生命の全体像が明らかにならないこともわかってきました。このような常識的科学観による科学の方法論に関する行き詰まりから、新しい科学哲学として、ゲーデルの完全性定理と不完全性定理、ポパーの批判的合理主義、クーンのパラダイム説などが提唱されました。
 ゲーデルの完全性定理は、人間の思考を形式化、体系化した記号論理学が完全であることを証明し、人間の論理能力に上限をつけました。不完全性定理は、自然数を用いる数学の公理系が不完全であることを示しました。自己の無矛盾性をその体系内で証明することができないのです。一般化すれば、体系をいくら論理的に整えても、この体系を否定も証明もできないことが多いことを意味します。新しい科学観では、意識的かあるいは無意識にかはわかりませんが、ゲーデルの不完全性定理が組み込まれています。
 常識的科学の方法は帰納的手法ですが、ポパーはこのプロセスを逆転させ、演繹的手法を提唱しました。ポパーの方法論的反証主義による理論の特徴は、理論を提唱した科学者自身が、反証を試みる点です。さらにポパーは、弁証法を批判して問題解決の新しい図式(トライ・エンド・エラー)を示しました。
 クーンは、科学が累積的に発展・進歩し続けるのではなく、断続的に転換すると考えました。このような科学革命をおこなうような規範的な理論を、パラダイムと呼びました。ある日突然、今まで常識だったことが、新しいパラダイムの出現で、すべて間違いとなってしまうのです。パラダイムは、その後、思想の枠組みという意味で一般に拡大解釈され、大流行しました。パラダイムの変換期を科学革命と呼び、最近ではパラダイム・シフトと呼ばれることもあります。
 以上述べたように、常識的科学観である要素還元主義と機械論的世界観は成功し、現在もその手法は有効です。しかし、それが唯一の科学のやり方ではないのです。科学には一つの方法や考え方があるのでなく、方法も考え方も時代や社会に合わせて変化しています。その変化は、昨日まで常識とされていたことが、今日には間違いだということがおこるのです。つまり、科学にも、主観が入り、再現性がなく、不確実なことがあるということです。

5_6 宇宙の年齢

 科学雑誌ネイチャー(Nature)の2月8日号に、放射性核種を用いた方法で、より正確な宇宙の年齢が求められたというニュースが出ていました。その年齢は、125億年でした。宇宙の年齢決定の裏には、どのような原理が隠されているのでしょうか。見ていきましょう。

 宇宙の年齢は、いくつかの方法で見積もられています。直接求める方法と間接的に求める方法があります。直接求める方法はハッブル定数を正確に決めるのがその一つです。間接的に求める方法として、一番古いものを探すという方法があります。宇宙で一番古いものより、宇宙は古いはずです。ですから、最古の物質から宇宙の年齢の最小値が求まるわけです。
 今回調べられたのは、私たちの銀河にある古い星です。私たちの太陽系のある銀河は、渦巻き銀河と呼ばれるタイプです。渦巻き銀河は、空飛ぶ円盤(UFO)のような形をしており、中心の球状の部分と回りのCDのような円盤状の部分とからできています。球状のところをハロー、円盤状の部分をディスクといいます。銀河の模様やつくりはすべて星(恒星)からできています。ハローには古い星が、ディスクには新しい星があることが知られています。
 今回調べられたのは、ハローにある星で、「くじら座」の11.7等で金属の欠乏しているCS31082-001と呼ばれる星でした。CS31082-001は、鉄が私たちの太陽の800分の1しかない、種族IIと呼ばれる星です。鉄がないということは、この星が、宇宙にまだ鉄ができてないほど初期につくられた非常に古い星であるということを示しています。
 CS31082-001に、今まで見つからなかった238U(ウラニウム)のスペクトルが、見つかりました。スペクトルとは、ある波長の電磁波(光や電波、X線もその一部)のことで、今回は238Uだけが放出する電磁波の波長(385.96ナノメートル)が発見されました。太陽系以外でUが検出されたのは、これが最初でした。
 今まで、半減期(もとあった放射性核種の半分になる時間)の長い232Th(半減期140.5億年)は検出されており、年代測定に利用されてきました。しかし、今回はもっと半減期の短い(44.68億年)238Uが検出されたので、100億年前後の年代を精度良く決めることができます。
 UやThだけの測定値では、測定精度が充分でなかったり、さまざなま条件を仮定しないと、年代を精度良く求めることができません。そこで、いくつかの元素を組み合わせることで、その相対存在比から、より精度良い年代決定が可能になってきます。核種の比を用いると、いろいろな仮定の値を使わなくて済みます(数式上、両元素の仮定の値を消すことができる)。ですから、年代測定では、核種の比が良く用いられます。今までは、Thと安定核種のOs(オスミウム)やIr(イリジウム)の組み合わせだけから求められたいた年代は、156億年±46億年でした。
 Uが検出されるたことによって、いくつもの核種の比を組み合わせて年代を決めることがきるようになりました。その結果、CS31082-001の年齢は、125億年±33億年と決定されました。
 今後、元素合成のモデルや実験データの精度が改善されれば、上記の誤差範囲はもっと小さくなると考えられています。今まで、ハッブル定数の値が話題によくなりましたが、今回の値も、今までの値に近いものとなりました。さまざまな方法で求められた年齢が一致してくれば、宇宙の年齢はより確かなものとなるはずです。

3_3 空気のようなもの

 存在を意識しないことを「空気のような」といういい方をします。しかし、空気はそんなに無意味なものでしょうか。実は、私たちが日ごろ吸っている空気には、地球の生命との長い時間にわたる歴史が秘められています。今回は空気に秘められた、歴史を見ていきましょう。


 空気の存在は、古くから信じられていました。紀元前500年頃、ギリシアのアナクシメネスは、「万物の根源は空気である」といっています。また、アリストテレスは、万物は水・空気・火・土の四元素から成ると考えていました。
 私たちが日ごろ吸っているいる空気は、地球の大気に対する名称です。地球の両隣の惑星、金星や火星にも大気がありますが、空気とはいいません。それは、金星や火星の大気と、地球の大気は、成分が違うので、特別に空気と呼ばれます。
 地球の空気と、金星と火星の大気を比べてみましょう。
 地球の空気の成分は、窒素(N2)が重量比で78.1%(体積比で75.5%)、酸素(O2)が20.9%(23.0%)で主要な成分となっています。次いで、アルゴン(Ar)が0.93%(1.29%)、二酸化炭素(CO2)が0.03%(0.04%)となり、以下ヘリウム(He)0.0005%(0.00007%)、クリプトン(Kr)0.0001%(0.0003%)、キセノン(Xe)0.000009%(0.00004%)となります。
 金星の大気は、酸素はほとんどなく、二酸化炭素が96.4%、窒素が3.4%を主成分としています。残りはほとんどがアルゴンです。
 火星の大気は、二酸化炭素が95.3%が主成分で、次いで、窒素が2.7%、アルゴン1.6%、酸素0.3%などからなります。火星には白い極冠がありますが、その中心部は水(H2O)の氷であり、季節により変動する周辺部は二酸化炭素が氷結してドライアイスになったものだと考えられています。
 火星と金星の大気は、似ています。しかし、地球の大気は、酸素を主成分の一つとして含み、二酸化炭素が0.03%しか含みません。一方、火星や金星の大気は二酸化炭素が主成分となる、酸素ははほとんど含まれません。この違いはどうして生じたのでしょうか。
 地球の大気も、金星や火星と同じように、もととも二酸化炭素主体の大気だった考えられます。同じ大気からのスタートです。それが、地球には海があったことによって、大気に大きな違いを生じたと考えられています。
 大気中の二酸化炭素は、水に溶けて炭酸(H2CO3)となり、水中にあったカルシウム(Ca)などのイオンと結びついて、固体として沈殿します。このようにして大気中の二酸化炭素は、固体として地球の地殻に保存されます。
 さらに、海には生命が誕生し、光合成をする生物によって、酸素が放出されます。生命による酸素合成が長い時間に渡ったので、大量の酸素が大気に蓄えられたのです。
 このように地球の空気には、地球と生命の歴史が織り込まれています。実はもっと、複雑で面白いメカニズムがあることがわかってきたのですが、それは稿を改めて紹介しましょう。

2001年3月1日木曜日

2_3 「生命とは」再び

 「生命とは」を再び問います。私たちヒトは、動物、生命、地球という枠の中で、どのような位置にあるのでしょうか。それは、中心に位置するものでは決してありません。ヒトはどこに位置するのか、考えてみましょう。
 「2_2 生命とは」で、生命の条件を、個体、代謝、繁殖、進化ということで定義しました。その定義をわかりやすくするために、個体を「自分をもっていること」、代謝を「食べてウンチをすること」、繁殖を「子供をつくること」、そして進化を「子供が親とは少し違っていること」といういい方をしました。しかし、この言い換えが、動物を視野にしたものでした。動物以外の生き物には、この言い換えは通用しません。例えば「食べてウンチをすること」は、植物ではうまくいうことができず「光合成をすること」といっても、代謝をうまく伝えることはできません。
 私たちヒトは、動物です。ですから、もう一つの分類体系の植物のことを忘れがちです。植物は、動物とはかなり違った生き方をしています。動物からすると、植物が生きていることさえ気づかないあるいは忘れてしまうほど、その生き方は違います。生物の一番大きな分類区分である「界(かい)」という分類になるほど、動物と植物(動物界と植物界という)は違っています。「界」には、動物、植物の他に、菌、細菌、古細菌という区分があります。
 進化過程においても、現在においても、生命全体という視点でみても、動物や植物は、主流派ではありません。日ごろ目にしている目で見えるような動物や植物も、主流派ではなく、目に見えないほど小さいものが、数でも、種類でも、量でも勝っています。そして、そのような小さいものから、進化して、より大きなより複雑なものへと進化してきました。
 分類体系では、動物と植物以上に、細菌や古細菌の方が、多様で、歴史も古くなっています。特に古細菌は、原始的で古いタイプであるとされています。地球創世時代に生まれ、その後ずっと創世記の環境で、いまだに原始的な生活をおくっています。しかし、その種類は非常に多様であることが、近年わかってきました。
 動物の植物の違いよりももっと大きな違いが、細菌や古細菌にはあります。細菌や古細菌の中の分類には、どうも「界」以上の違いがあるので、「ドメイン」という「界」より上位の分類体系が導入されています。つまり、細菌や古細菌の多様性は、動物や植物の多様性をはるかに上回るものであるということです。
 私たちは、地球という構成物の中では、生命というグループに属し、生命の中でも、動物に属し、多くの動物の中のヒトという種に属します。しかし、その生命や動物、ヒトの全体像すら、私たちは知りません。いつ、どのように生命や動物、ヒトが誕生したのか、生命や動物、ヒトがどのような履歴をたどってきたのか、そして現在どのような生命がいて、どのような関係を持っているのか、充分解明できていません。私たちには、知らないことが、まだまだいっぱいあります。どれだけ、科学が進んでも、まだまだわからないことは出ています。そして、私たちヒトは、ヒトであるため、ヒトからの発想をしがちです。しかし、私たちヒトは、動物のほんの片隅の、生命のもっと片隅の、地球においてはちっぽけな構成部のひとつに過ぎないのです。そのような視点を忘れることなく地球を見ていく必要はないでしょうか。
 この内容に関しては、スティーヴン・ジェイ・グールド の「フルハウス 生命の全容―四割打者の絶滅と進化の逆説」(早川書房 刊; ISBN: 4152081783 )に詳しく書かれています。参考にしてください。

2001年2月23日金曜日

5_4 年代決定の原理

 ジルコン一粒からも年代測定ができます。これは、科学技術が進んだおかげです。しかし、いったいどうして、そんなことができるのでしょうか。その原理や仕組みは、理解できないほど複雑なものなのでしょうか。今回は、年代決定の原理と仕組みを紹介します。

 年代決定は、放射性元素(正確には放射性核種(かくしゅ))を用います。放射性核種とは、放射能をもつ核種のことです。核種とは、元素の中で質量数の違うものを区別して呼ぶ時に使う用語です。放射能を持たないものを安定核種といいます。放射能とは、ある核種が放射線を出して別の核種に変わる現象のことです。
 年代決定の原理は簡単です。天然の物質には、何種類かの放射性核種がいくらか含まれています。その核種の量を精度良く測定することができれば、年代決定ができます。
 年代決定ができるには、重要な条件をいくつか満たす必要があります。
 最初の条件は、「年齢に適切な放射性核種を選ぶ」ことです。放射性核種は、地球のような物理・化学条件では、時間あたり一定の量で放射線を出して壊れて(崩壊(ほうかい))いきます。壊れるスピード(半減期もしくは崩壊定数)は、ほとんどの放射性核種で、正確に決められています。もとあった放射性核種(母核種)の量と、できた核種(娘核種)の量が測定できれば、半減期から、経過した時間(年代)が計算できます。
 放射性核種ごとに、崩壊のスピード(半減期)が違います。短い時間を計るのにストップウォッチを用い、中くらいの時間は掛け時計を用い、長い時間には地球の公転(年という単位)を用います。それと同じように、その物質が経てきた年齢に応じた「時計」、つまり放射性核種を用いなければなりません。もし、非常に古い鉱物に短い半減期の放射性核種を用いたら、母核種はなくなり娘核種だけになっており、年代決定に使えません。古いものには長い半減期のものを、新しいものに短い半減期の放射性核種を用いなければなりません。
 億年という古い年代には238U(ウラン)、235U、232Th(トリウム)、147Sm(サマリウム)、87Rb(ルビジジウム)が、万年から千年の短い年代には、14C(炭素)が、億から万年の中間的な年代には40K(カリウム)が用いられます。
 必要な条件の二番目は、「放射性核種が物質に適切な量あり目的の精度で分析できるか」です。適切な半減期の放射性核種を選んだとしても、目的の物質に、測定可能な量なければ、測定することができません。測定可能な量は、技術の進歩によって、微量でも測定が可能となってきました。しかし、やはり最新の科学技術を駆使しても、測定できる限界もあります。
 最後の条件として、科学者の「鼻が利(き)くかどうか」、重要となります。「鼻が利く」とは、まず実際に最古のものを見るけるというのは、科学者が、野外調査で古そうだ思える岩石を採取することやどの核種、どの道具を選ぶかは、科学者自身の判断にゆだねられます。ですから、最後に一番重要な条件は、科学者の「鼻が利く」かどうかとなります。
 このあたりの詳しいことは、拙著、NTT出版「石ころから覗く地球誌」(ISBN4-87188-399-X)で、やさしく紹介しています。書店や図書館で覗いて見てください。

2001年2月15日木曜日

5_3 ジルコン

 最古の鉱物は、ジルコンというものでした。古い時代の岩石の年代決定には、ジルコンがよく用いられています。その理由はどのようなものでしょうか。小さなジルコンに秘められたパワーを解明しましょう。

 最古の鉱物とは、ジルコンと呼ばれるものでした。ジルコンは、古い岩石や鉱物の年代決定に一番よく利用されるものです。その理由は、非常に丈夫な鉱物であることと、多くの岩石に含まれていること、年代決定に必要な成分を多く含んでいることです。
 丈夫というのは、熱や圧力による変成作用を受けても変化しないことや、風化や川の運搬によってもある程度の大きさで残るという特徴をもっています。ですから古い時代の岩石本体や他の構成鉱物が変化したりなくなったりしても、ジルコンだけは残っていることが多いからです。
 多くの岩石に含まれているということは少し誇張しています。というのは、ジルコンが含まれているいるのは花崗岩と呼ばれる石英をたくさん含んでいるような岩石だけです。ですからすべての岩石に含まれているわけではありません。しかし、花崗岩は大陸を作っている岩石なのです。大陸の歴史を調べるのはジルコンが最適な材料となります。大陸の歴史はジルコンからなのです。
 ジルコンはウラン(U)やトリウム(Th)を成分として多く含んでいます。ウランやトリウムは、放射能をもつ元素です。放射能とは、ウランのような放射性元素と呼ばれる元素が壊れて(放壊といいます)別の元素に変わる時に、さまざまな放射線(α線、β線、γ線など)を出すことをいいます。この放壊は、時間に応じて一定の割合でおこります。ですから、放壊した元素や放壊によってできた元素の量が正確に測定すれば、できてからどれほどの時間が経過したかがわかります。ウランは放壊を繰り返して鉛になります。ですからウランと鉛の量を正確に測定して年代を決めることができます。その材料としてジルコンが利用されているのです。
 ちっぽけな鉱物、それも岩石を構成する主要な成分ではない鉱物が、地球の歴史をその中に記憶していたのです。ジルコンという小さな鉱物に秘められた歴史を私たちは読み取れるようになったのです。

2001年2月8日木曜日

1_6 最古の鉱物のもつ意味(2001年2月8日)

 前回の最古の鉱物の発見から、小さな物質とはいえ、鉱物にはさまざまな情報が埋め込まれていることがわかります。では、ジルコンという鉱物から、どのようなことがわかるのか説明しましょう。たった数mm程度の小さな鉱物ですが、それが物語る地球誕生のストーリーは壮大です。
 ジルコンは、元素Zrの名称ジルコニウムの語源となっています。それは、鉱物のジルコンには成分にZrが含まれているからです。もともとジルコンという鉱物は、宝石として古くから知られていたのです。1789年にセイロン産のジルコンからジルコニウムが発見されました。
 ジルコンには、その他の成分として珪素と酸素が含まれています。その化学式(構造式といいます)は、ZrSiO4です。ジルコンを形成するマグマは、充分な珪酸(SiO2)を含んでいるものです。岩石(火成岩)の名前でいえば、花崗岩です。つまり、ジルコンという鉱物は、花崗岩の中に含まれている鉱物であったといえるわけです。花崗岩は大陸を構成している岩石です。ですから、ネイチャーのカバータイトルに「大陸の破片」と書かれていたのです。
 ジルコンを構成する元素である酸素の同位体が、さらに重要な情報をもたらしました。ジルコンの酸素同位体からマグマの酸素同位体組成を推定することが可能です。マグマの酸素同位体組成から、マグマをもたらした物質(起源物質と呼びます)が、堆積岩であったと推定されました。堆積岩が存在したということは、その当時、地球表面に海があったことを示しています。
 この酸素同位体から堆積岩にいたる仮説は、議論を呼ぶところであると思いますが、そのような仮説は、論理的には可能で、ありえる話です。
 このジルコン発見から、地球誕生の物語が書き変わります。地球は太陽や他惑星と一緒に45億7000万年前に形成され始めました。44億7000万年前にはほぼ現在の大きさになりました。最初の1億年間に地球の中心部には、核が形成され、外側はマグマオーシャンにおおわれていました。地球形成から7000万年の間にマグマオーシャンの表層は冷え、水が表層に形成されました。それ以降、地球表面にはずっと海が存在し続けていたのです。

2001年2月1日木曜日

1_5 「最古のもの」より古いもの(2001年2月1日)

 前回のエッセイで地球最古の物質は、鉱物で、約42億年前のものであるということを紹介しました。しかし、先週、届いたネイチャー(Nature)という科学雑誌の2001年1月11日号で、「最古のもの」よりもっと古い鉱物が発見されたと伝えられました。その内容を紹介します。
 ネイチャーでは、表紙の写真と「古い大陸からの破片」というカバータイトルになっていました。ネイチャーは、科学の世界では非常に権威のある雑誌です。その表紙を飾るほど重大なニュースだったのです。表紙に関連した2編の論文とニュース記事が載っていました。1編は42.8億年前に海の証拠があったいう論文で、他方は44億年前の鉱物の発見の論文でした。両方とも重大な論文でした。ニュース記事はその重要さを解説したものした。
 最古の海の証拠は、それまで最古の鉱物(約42億年前)が見つかっていた西オーストラリアのジャックヒルというところ以外から見つかりました。西オーストラリアのマーチソン地方で、この地域の地層には、約30億年前の珪岩と呼ばれる堆積岩があります。珪岩とはほとんど石英からできている岩石です。その珪岩の中のジルコンといいう鉱物の年代が、42.8億年前で「最古のもの」でした。ジャックヒルの最古の鉱物の年代は42億7600万年前でした。マーチソンの鉱物は、若干ですが古くなりました。それよりも大事なことは、39.1億年前から42.8億年前のジルコンの酸素同位体組成から、堆積岩からできたマグマの可能性が指摘されたことです。堆積岩が存在するということは、地表付近の水があったと考えられるわけです。42億7600万年前に海の証拠が見つかったのです。
 もう一つの論文は、もっと古い鉱物の発見です。最古の鉱物が発見された地域は、今まで最古の鉱物が見つかっていたジャックヒルです。同じ堆積岩の中に最古の鉱物片が見つかったのです。その年代は、44億0400万年前でした。さらに、マーチソンのものほど顕著には現れていませんが、海の存在の可能性を持っていました。
 鉱物は、ジルコンと呼ばれるもので、珪酸成分の多いマグマからできたことがわかっています。珪酸成分の多いマグマは、花崗岩(かこがん)と呼ばれる岩石になります。花崗岩は、よく目にする石材で、御影石と呼ばれています。花崗岩は大陸を構成する主要な岩石です。ですから、ジルコンという鉱物から、ネイチャーの表紙のキャッチコピーが「古い大陸の破片」となったのです。このジルコンというちっぽけな鉱物が、最古の記録を1億3000万年も古い記録に塗り替えたのです。

5_5 最古の鉱物の年代決定

 西オーストラリアで見つかった最古(44億年前)の鉱物の年代測定は、どのようになされたのでしょうか。そして、それは、どの程度の確かさをもった年代なのでしょうか。最古の年代を決めていくプロセスを紹介します。

 44億年前の最古の鉱物はジルコンと呼ばれる鉱物でした。この鉱物中に含まれているU(ウラン)という放射性核種と2次イオン質量分析計(SHRIMP)を用いて年代測定がなされました。
 ジルコンにはウランが比較的多く含まれているためと丈夫な鉱物であることから、古い岩石の年代測定には、よく用いられます。測定に用いられたジルコン自身は、小さいもので、0.2ミリメートルほどしかありませんでした。しかし、現在の科学技術で、そんな小さな結晶の中に含まれているウランの測定が可能になったのです。
 それを可能にしたのが、SHRIMPという製品名を持つ2次イオン質量分析計です。SHRIMPは、セシウム(Ce)のイオンを、約50ミクロンの径のビームとして鉱物にぶつけます。そのときに、イオン化して飛び出す核種のうち、目的のウランだけを、電場と磁場で選り分けて、計測器(ファラデー管)の中に導いて、測定します。
 かつては、多くの岩石や鉱物を砕き、酸で溶かし、目的の元素(この場合はウラン)だけを、事前に化学的に分離したものを用いました。著者もこのあたりを苦労して研究をしていました。精度を上げるために、化学的分離をいかにきれいにするかが、一番重要な部分でした。量の少ないものや分析精度は、職人的な技量が反映されました。しかし、SHRIMPを用いれば、実験する人の技量は、問われなくなります。器械がその測定精度を保証してくれます。
 年代測定の精度は、誤差という形で表示されます。一般に、年代値の後に、プラスマイナス(±)という記号をつけて示されます。今回測定された年代のうち、一番古い値は、44億0400万年前±0800万年でした。0.18パーセントの誤差しかないのです。とんでもない精度を達成してます。
 最古のジルコンの年代測定も、このSHRIMPによってなされました。日本でも1台、世界でも数台しか導入されてないような、非常に高価で、特殊な分析装置ですが、その有効性は、今回のようなデータが出されるとよくわかります。
 今回の年代測定は、SHRIMPという科学技術と、古いジルコンを野外から見つけ出した鼻の利く科学者とが、共同の成し遂げた成果なのです。それが、地球創世の物語を書き換えるほどの衝撃を与えたのです。

2001年1月25日木曜日

1_4 冥王代(2001年1月25日)

 地球の時代区分で、最初の時代を冥王代(めいおうだい)と呼びます。地球の始まりの45.6億年前から38億年前までの時代です。冥王代とは、どんな時代でしょうか。それは、地球上で起こったすべてのことの原因がここから始まったのです。すべての始まりの時は、少し前までは、まるで黄泉の国のように闇に閉ざされた時代でした。しかし、最近、冥王代にも、少しずつ科学の光が当たりだしたのです。
 冥王とは、ギリシア神話の暗黒の王プルートに由来しています。プルートは冥王星の名前に使われています。天文学では、惑星や衛星にはギリシア神話の神の名前付ける風習があるからです。
 冥王代は、日本固有の名前です。冥王代は、英語ではヘーディアン(Hadean)といいます。冥府の王プルートの住む黄泉の国、冥府のハディス(Hades)の意味です。正確には、黄泉代あるいは冥府代の方が正し訳ですが、今では冥王代が使われています。
 地質学の世界で、冥王代は、地質学的証拠のない時代です。ですから最古の地層や岩石より前の時代となるわけです。しかし、時代区分の境界は、一度決定されると簡単に変えることは、あちこちで支障をきたすのであまり好まれません。冥王代の岩石が見つかっても、そこが冥王代より新しい時代である太古代とは、すぐにはされません。ですから、地質学的証拠のない時代の証拠の岩石や鉱物という矛盾したものが発見されるわけです。
 年代でいいますと、冥王代は地球の形成された45.6億年前から38億年前までの時代です。38億年前というのは、1980年代までは最古の岩石や地層が出ていたグリーンランドの太古代の地層から定義されています。
 現在までに、多く地域から38億年前より古い岩石や地層が発見されてきました。一番衝撃的だったのは1989年のカナダのアカスタ地域から発見された39.8億年前の岩石です。一気に2億年も、最古の岩石の記録を塗り替えたのです。その後、アカスタではさらに古い40億年前の岩石も発見されました。さらに、アメリカ合衆国、中国、南極など各地から古い岩石が発見されてきました。
 ちなみに地球最古の物質は、オーストラリア西部から発見された鉱物で、42億年前のものです。
 冥王代の地質学的証拠はそれほど豊富ではありませんが、それぞれが非常に重要な証拠となっています。このようなほんの少しの手がかりから地球の誕生や地球の創世の物語が読み取られるのです。

2001年1月18日木曜日

1_3 時の境界(2001年1月18日)

 2000年12月31日から2001年1月1日に変わるとき、千年紀(millennium)という今まで日本ではほとんど使ったことのないような単語を用いて、その区切りを祝いました。西洋で使われている太陽暦のグレゴリオ暦では、大きな区切りですが、他の暦ではたいした区切りではありません。目に見えない「時」に境界線を引き、その「時の境界線」に意味を見出すのは文化というものなのかもしれません。
 科学や歴史の世界にも「時の境界」を重要視することがあります。それは、時代の区分です。しかし、それは明らかに人為的な境界線を引いたものです。その例を紹介しましょう。
 「時の境界」の前の後には客観的にみてもたいした変化がないときがあります。例えば、個人の歴史・履歴、自分史などの自伝、ある視点に基づく文化史のようなものは、設定した人にのみに存在する「時の境界」があります。他の人や他の分野ではその境界は意味をなしません。
 ある地域、ある国、ある文化、ある分野にだけ存在する「時の境界」もあります。それは、ミレニアムがそれです。グレゴリオ暦を使用している国、地域にのみ存在します。
 日本で太陽暦が採用されたのは1873年(明治6)で、それ以前に使用されていたのは太陰太陽暦、いわゆる陰暦または旧暦と呼ばれるものです。本居宣長は有史以前の日本人の暦日についての認識を考察して《真暦考》を著した。宣長は、日本では中国から暦法が入ってくる前は太陽暦思想があったとして、「かの空なる月による月(朔望月のこと)と年の来経(きへ)とを、しひてひとつに合はすわざ(太陰太陽暦のこと)などもなくて、ただ天地のあるがまゝにてなむありける」といっています。
 現在、世界中のほとんどの国で用いられている太陽暦が、グレゴリオ暦です。西暦年数が4で割り切れる年を閏(うるう)年としますが、100で割り切れる年は100で割った商をさらに4で割って割り切れる年のみを閏年とするというものです。400年につき,1年365日の平年が303年,1年366日の閏年が97年ですので、1年の平均日数は365.2425日となります。1年の長さ(1太陽年)は、理論的には、
 365.24219878日-6.14日×10E-6×T
で与えられます。T の単位は100年と考えて差し支えありません。この式は1900年1月0日に基づいていますが、1年の長さが少しずつ短くなるため、グレゴリオ暦との差は少しずつ大きくなります。その差は、1900年から2621年で1日をこえ、1万年では6日ばかり違ってくる計算になります。
 ある時代の数え方、特にそのスタートをどこにするかという点が、全く変わってしまうということです。果たしてそのスタートにどれほどの意味があるのでしょうか。例えばイランでは春分を年初とするペルシア暦があります。また、太陽暦によって調整されたユダヤ人のユダヤ暦は、創造紀元によって年号を数えはじめ、ティシュリ月(9~10月)が新年となります。ラビの計算によると、世界創造後3830年にエルサレム第2神殿が破壊されました。これはキリスト紀元70年の事件ですから、創造紀元から3760年引くことにより、キリスト紀元の年数を得ることができます。ご存知のように、現在のグレゴリオ暦のスタートは、キリストの誕生としています。クリスチャンでない人の意味のある境界とは思えませんが、一応グローバルスタンダードとなています。
 「その時」という境界は明瞭でないときもあります。ルネサンスや産業革命、宗教改革、明治維新など正確なスタートはありません。あっても、単に「ある時」を境界としましょういう便宜的なものです。
 「時の境界」にはどうもいかがわしいものがたくさんあるようです。科学の世界ではどうでしょう。一番重要な「時の境界」は、地球史の年代区分です。その客観的な評価はどうでしょうか。いかがわしいものはないでしょうか。その話は次回でしましょう。

2001年1月6日土曜日

6_4 保護:ヒトが守るとは

 あけましておめでとうございます。昨年末から続いて、ヒトと自然保護について考えましょう。ヒトが守るべき生き物、自然、地球。いつからそのような考えができてたのでしょうか。ヒトはいつから他の生き物にを守るなどという優位を持つようになったのでしょうか。それは、他の生き物、自然、地球は望んでいることなのでしょうか。実は、ヒトが望んでいるのではないでしょうか。

 人類を守るためには他の動物を犠牲にして良いのでしょうか。人間が動物と共存していた時は、他の動物を犠牲にして生きていくことに問題はありませんでした。それが、人類という生物種の生き方だったのです。強いものが勝つという原理、弱肉強食、が自然の中ではありました。それは、食べるためでした。あるいは、欲しいものを手に入れるという純粋に欲望という名のもとにおこなわれる営みでした。
 文明や貨幣経済の訪れとともに、必要以上のものをとったり、集めたりしだしました。しかし、地球や自然から考えてみれば、社会性を営む科学技術を使う新たな生物種が1つ生まれたに過ぎないのかもしれません。何も考えず、地球や自然から搾取するだけであれば、何も地球や自然に反した行為ではなかったのです。
 ところが、この行為に対して疑問持った時点から、人類は、地球や自然と相対するものとなったのです。あるいは考慮すべき一番重要なものとして、地球や自然が生まれたのでした。
 野生生物保護や地球環境保護も、その免罪符的行為として生まれてきました。野生動物の保護の例をとりましょう。人類は「思いやり」の精神から、絶滅危惧種を守るために、彼らが生活しやすい環境を整えたり、守ろうとしてきました。時には、絶滅危惧の生物を守るために、天敵を人為的になくしたり、食料になる生物を持ってきたりしました。トキを守るためにどれほどの犠牲が払われたのでしょうか。片や、絶滅危惧生物であってもヒトに被害を与える猛獣や害獣は容赦なく殺されました。これはヒトのエゴイズムといわずして何というのでしょうか。ヒトは、絶滅危惧の生物を守るために、他の多くの命を犠牲にしてきました。希少価値があれば、他の多くて価値の低いものは犠牲になるのです。動物に対する牧畜や植物に対する農業の裏返しが、絶滅危惧生物の保護ではないでしょうか。ここに、まさに現代社会の構図が見え隠れしてきます。つまり、人間の営みは資本主義的なものなのかもしれません。
 今盛んにおこなわれている保護の影には、このような殺戮が、「正義」や「保護」の名のもとにおこなわれています。「命」という総体に対して、非常に失礼なことをしていないでしょうか。
 人類が自分が食べるため、あるいは人類全体のエゴを全面に出していれば、このような殺戮は必要悪でまだ救われる気がします。つまり、牧畜や農業はまだ救いがあると思います。それは、元をたどれば、人類が食うためにやっていることです。でも、正義や保護の名のもとにおこなわれる行為は、一歩間違えば神をも恐れぬ残虐非道の行為ということになります。
 自然が変わって困るのは、人類自身なのです。今まで地球や自然からの恵みを一方的に享受してきた人類が、地球や自然に限りがることに気付いたのです。そして、一方的な搾取には限度があるということに気付いたのです。
 21世紀を目前にして、「21世紀に残したいもの」、「21せいという世紀とは」、あるいは「20世紀を振り返って」などの回顧がおこなわれます。たのえば「21世紀に残したいもの」などは、いくつかの語句が欠落しています。「私たち人類」が、「自分たちの種の後継者」に対して21世紀「残したいもの」という意味ではないでしょうか。
 人類があろうとなかろうと、地球や自然は残ります。それは、生命の大絶滅があっても地球や自然は残ってきたことが証明しています。
 地球環境問題といっていますが、実際は人類にとっての問題です。人類が地球を守ろうとかをうんぬんかんぬんするのは、地球を研究するものの目からすると、非常に不遜な考えだと思います。人類があろうがなかろうが、地球が存在しつづけます。「21世紀に残したいもの」の本当のところは、人類が自分たちの種にとって、住みよい環境でありつづけて欲しいというエゴを、オブラートに包んで表現したものではないでしょうか。最近の環境問題はそこのところが曖昧にされた奇麗ごとだけで、語られています。もう少し根本に帰って考えてみる必要があるのではないでしょうか。