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。