2017年4月20日木曜日

3_155 核の水晶 2:新しい内核

 今回紹介する核に関する報告は、2つあります。ひとつは今までの常識をくつがえしパラドクスを提示するもの、もうひとつがそのパラドクスを解く仮説です。1年ほどの間に重要な報告が2つもなされました。

 前回は、地球の核の概要を紹介しましました。地球の地下は地震波で調べられて、核は金属状態の鉄からできていていること、外側に液体、内部に固体の状態であること、さらに詳しく見ると、純粋な鉄ではなく地震波から推定される密度とは合わず、何か軽い成分が混じっていることでした。また、液体の外核が対流することで電気が流れ、磁気が発生することで地球の磁場ができていると考えられています。軽い成分が不明であるのと、対流の原因がよくわかっていませんでした。
 対流の原因に対しては、従来から「組成対流」が主流の考えでした。組成対流とは、鉄が固化(結晶化すること)が進むことで、残った液体の部分に軽い成分が増えることで、密度が小さくなり浮いていく(上昇流となる)ことで対流するという仮説です。内核は地質学の古地磁気の研究から、約42億年前から存在していたと考えられてきました。そして、約13億年前には磁場が強くなったことも知られています。
 ところがこの仮説には、都合の悪い報告が出されました。東京工業大の太田健二さんたちは、2016年6月のナイチャー誌に、
Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth's core conditions
(地球の核の条件での鉄の電気伝導度の実験による決定)
というタイトルの論文を報告しました。高温高圧実験で核の電気伝導度を測定したところ、予想より3倍ほど高いことがわかったというものです。この報告が何を意味するかというと、核の形成年代として予想外の年代が出るということです。電気伝導度の値から内核の冷却速度を見積もると、内核の誕生は今から約7億年前という非常に若い可能性があることになりました。
 この報告の結果は、地球の磁場の形成で、地質学が出していた従来の結果に相反するものとなります。これは、「新しいコアのパラドックスouter」と呼ばれました。金属鉄の結晶化では、古い時代の地磁気は形成されないことになりますので、それに変わるメカニズムが必要になります。このパラドクスをどのように解決していくのかが、焦点となります。
 「新しいコアのパラドックスouter」を、新たな「組成対流」で解決しようという報告がありました。東京工業大学の廣瀬敬さんたちは、2017年3月のネイチャー誌に、
Crystallization of silicon dioxide and compositional evolution of the Earth's core
(地球の核の二酸化ケイ素の結晶化と組成進化)
という報告を出されました。
 核に含まれている軽い成分の候補として、従来からケイ素と酸素があったのですが、この報告ではそれが重要な役割を果たしたと考え、実験をしました。その結果、二酸化ケイ素がパラドクスを解く鍵になる、という考えが提示されました。その内容は次回にしましょう。

・内部の暗さ・
地球の核は、謎に満ちた存在です。
現代の科学は太陽系惑星や天体の探査には、
多くの人材と予算を注ぎ込んでいます。
また、その成果もメディアでよく紹介されています。
海洋探査も、海洋資源の関連で力を入れられており
報道もそれなりにされています。
ところが、自分たちの足下の大地の内部に関しては、
まだまだ人材も資金も足りない気がします。
日本には世界に誇れるSpring8があり、
太田さんたちも、利用して実験し、成果を出されました。
もっとこのような施設や機材があればいいのですが。
地球内部の成果は、公表されても、内容が地味なので
なかなかメディアには出にくい話題のようです。
もっと地球内部の成果にも
「光」があたって欲しいものですね。

・春へと・
北海道は春めいてきたました。
里の雪は、一部の雪だまりを除いては
ほとんど溶けてしまいました。
そして春の花が一斉に芽吹きだしました。
ダイナミックで華やかな北国の春が、これから始まります。
雪国の人は、この時期を心待ちにしています。
大いに楽しみたいのですが、
日常がそれをなかなか許してくれません。
でも気持ちだけはウキウキとしたいものですね。

2017年4月12日水曜日

3_154 核の水晶 1:地震波

 地球のもっとも深部に位置する「核(コア)」は、概要は以前からわかっているのですが、詳細になるとわからないことも多いところです。最近、新しい研究成果によって、実態が少しわかってきました。

 地球深部を知ることが難しいです。なぜならそんなに深くを潜っていくことも、掘る技術もないからです。地殻を彫り抜くのも大変で、マントルすら、実際に見たことがありません。マントルの直接に試料を採って来ることも大変で、間接的にしか試料も入手できません。マントルよりもっとも深部には、鉄からできた核(コア)があるとされています。核は、間接的に試料を手にすることすらできません。ところが、地球深部に核が存在することは、研究者のだれもが疑っていません。
 核の存在は、地震波がその重要な根拠となっています。地震による振動(地震波)には、いくつもの種類があることが知られているのですが、私たちが体感しているのは、P波とS波です。Pはprimary(最初という意味)の頭文字で、Sはsecondary(2番目という意味)の頭文字です。
 直下型地震波ではP波とS波は、時差がなく同時に届くので体感で区別はしづらいですが、遠くからの地震では、文字通りの違いを感じることができます。P波は、地震があったときに、真っ先に届く波です。突き上げれられたり、急に落ちていくような、上下に振動するような揺れとなることが多いようです。P波は進行方向に対して平行に前後に揺れます。次にくる、大きくぐらぐらするような揺れがS波です。S波は、進行方向に直角に揺れます。主振動とも呼ばれており、強い揺れとなり被害を与えるものとなります。
 2つの波には、他にも違いがあります。P波は、物質であれば、状態が固体であろうが、液体、気体のいずれであっても伝わります。一方、S波は、固体の状態の物質だけを伝わります。また伝わる物質の物性(密度や温度など)の違いにより、地震波の速度が変わってきます。地震波の違いを詳しく観測することで、見えない物質内部の状態を探ることができるのです。
 このような地震波の伝わり方の特徴や違いから、マントル内部の状態だけでなく、核の状態も知ることができるのです。核の一番の特徴は、密度が地球ではもっとも大きな物質(鉄)からできていること、同じ高密度の物質でも核の外側(外核と呼ばれています)に溶けた状態で、内側(内核)には固体の状態であることもわかっています。
 核の概要はこのようにわかっているのですが、詳細は必ずしもよくはわかっていません。例えば、核が鉄のみからできているとするには、密度がやや小さいので、なにか軽い成分が混じっているはずです。ところがその成分は不明なままです。地球の磁場の原因は、外核の溶けた鉄が流動しているためだとされているのですが、その実態や真偽はよくわかっていません。
 こんな疑問に対して、最近、新しい報告がありました。軽い物質の候補と外核の流動の原因を、両方を一度に解明できるかもしれないという報告です。詳しくは、次回以降に。

・初春・
本州から桜前線が北上してきているのですが、
いまどのあたりでしょうか。
北海道のわが町は、例年ゴールデンウィークころが
桜の見頃となります。
今年の冬で、
ドカ雪や季節外れに降ったり、
真冬に積雪が少なかったり天候不順でした。
それでも、4月にもなると、街の雪もほとんど溶け、
日陰や山並みに残るだけとなります。
雨も何度か降りました。
まだ春は浅いですが。
いよいよ北海道でもっともいい季節になります。

・兵庫へ・
ゴールデンウィークの予定を
いろいろ考えている人も多いことでしょう。
私もゴールデンウィークに出かけます。
学内の研究費が採択されたので、
急いで旅行日程を組みました。
昨年はこの時期に熊本へ行く予定を組んでいましたが、
地震で急遽中止となりました。
今年は、鳥取に行く予定です。
鳥取も地震の影響がまだ残っていると聞きます。
私は、鳥取県三朝町に5年間住んでいました。
調査のおりに少し寄ってみようかと思っています。
でも、調査は兵庫が中心になるので、
あまり時間がないのですが。

2017年4月6日木曜日

2_146 最古の化石 3:熱水噴出孔

 もうひとつの化石発見を紹介します。その場所は、カナダでした。グリーンランドより古い時代の可能性のある堆積岩からでした。ただし、時代はまだ確定していません。

 最古の化石として、最近いくつかの発見があったということで、このシリーズをスタートしました。ひとつは、前回紹介したグリーンランドのものでした。その報告の真偽の程は、まだ確定していないとことも話しました。私も少々疑念持っている一人です。それは、産状がストロマトライト状の岩石であったことでした。
 グリーンランドの化石は、ストロマトライト状の岩石からでした。ストロマトライトとは、シアノバクテリアがつくった構造をもつ岩石でず。同心円状の縞状構造を持っています。シアノバクテリアは光合成をする微生物です。光合成は複雑な化学反応の過程を経なければなりません。そのため、光合成生物にいたるには、進化にある程度の時間が必要だと考えられます。その点が最古の化石に関する大きな疑問点となります。
 では次に、もうひとつの最古の化石の報告を紹介しましょう。ネイチャー誌(Nature)の2017年3月2日号に発表されたものです。カナダ、ケベック州のハドソン湾東岸沿に分布するヌブアギツク帯(Nuvvuagittuq)から見つかりました。報告したのは、イギリスのロンドン・ナノテクノロジー・センター(London Centre for Nanotechnology)の大学院生ドッド(Matthew Dodd)さんとその共同研究者たちです。論文のタイトルは、
Evidence for early life in Earth's oldest hydrothermal vent
precipitates
(地球で最も古い熱水噴出孔の沈殿物中の初期生命の証拠)
というものでした。
 最古の化石の根拠は、次のようなものでした。化石とされているものは、ミクロサイズの赤鉄鉱のチューブ状やフィラメント状(繊維状)になっています。このような形態は、現在の熱水噴出孔にいる微生物や新しい岩石から見つかる生物群集に似ているそうです。また、化石に接している、いく種類かの鉱物の炭素の同位体組成も、生物起源を示唆しています。ある物質の炭素の同位体は生物起源であるかどうを決め手にされています。ドッドさんたちは、このような根拠を集めていくと、海底の熱水噴出孔の環境で、生命活動があった証拠になるとしています。
 ここで注目すべきは、化石が見つかっているという場所(産状)です。熱水噴出孔の沈殿物の中からでした。熱水噴出孔という環境は、最古の生物の生存環境として納得しやすいところだからです。
 現在、多く人が化石だと認めているのは、西オーストラリアから見つかったものです。その生物が生きていた環境は、深海底の中央海嶺の熱水噴出孔やその周辺の熱水の通り道でした。このような環境は、地球の初期に多数存在し、一番生物が発生しそうなところとしても、現在でもっともシンプルな生物(古細菌の仲間)が暮らす環境としても、熱水噴出孔がもっともふさわしいと考えられるところです。今回の化石の見つかった環境は、オーストラリアのもとの似た熱水噴出孔でした。その点では、大いに期待できます。
 今回の化石の年代は、地質学的な推定では、少なくとも37億7000万年前、多分42億8000万年前のものではないかとされています。化石の年代が、まだ確定していない点です。最古というためには、不可欠な情報となります。もし37億年前であっても、最古の化石となりますが、まだ推定の域をでていません。

・新学期・
いよいよ4月になりました。
我が大学の入学式は、4月1日におこなわれました。
土曜日だったので、行われました。
保護者の方々は出席しやすいのですが、
新入生は、日曜日に休んでから、ガイダンスに入ってきます。
その後、一週間休むことなく、ガイダンスから講義に入っていきます。
緊張を強いられますが、
このように新入生の新学期がスタートするのでしょう。

・古い堆積岩・
最古の生物に関する話題は、
常にグリーンランドが中心になります。
理由はこれまで何度も述べてきたように
最古の堆積岩があるところだからです。
新しい発見には、毎回、新しい方法が用いられたり、
新しい情報などが付け加えられて報告されます。
今回は、今までは氷床下にあったものが、
新たに露出して見えるようになったところからでした。
カナダからの報告では、
より古い(?)堆積岩が見つかりました。
そのからの報告になります。
もし時代が最も古いと決まれば、
ここが古い化石探しのメッカになるかもしれませんね。