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。