2003年6月26日木曜日

5_23 大地は何からできているか(その2)

 量を比べるときは、範囲を限定しなくていはいけません。大地は何からできているかという場合、「陸地の表面」ということに限定しましょう。

 大地、つまり地殻をつくっているものは石です。どのような石が、地殻全体にわたって、どこに、どれだけ分布しているかが正確にわかっているわけではありません。表面部分だけであれば、地質図を手がかりに知ることができます。でも、地殻の深い部分まで含めて全体にわたって知ることはできません。
 表層について知ることも大切です。そこに深部を知る手がかりがあるかもしれません。大地の表層が、どんな石からできているか、見ていきましょう。
 手元ある理科年表(2003年版)を参考にしていきます。日本列島と北欧、北米での岩石の比率が出ています。まずは、日本列島から見ていきましょう。
 日本列島における岩石の分布面積が示されています。一番多いのが。堆積岩で58%(面積では22.0万平方km)です。次いで、火成岩が38%(14.2平方km)で、その内訳は、火山岩が26%(9.8万平方km)、深成岩が12%(4.4万平方km)です。一番少ないものは、変成岩で4%(1.6万平方km)となっています。
 日本列島をつくる石は、堆積岩が一番多かったのです。堆積岩と考えた人は正解でした。私たちが、日本全国の山や海岸で見かける崖の半分以上は堆積岩が占めていたのです。ただし、これは、平均です。住んでいる地域によって堆積岩ではなく、火山岩や深成岩のがけが多いところも、もちろんあるはずです。でも、平均すると上で示したような値となる訳です。
 さて、日本列島を覆っている岩石を見ていきましたが、日本列島の値が地球の陸地の平均となるのでしょうか。それを比べるために大陸地域である北欧と北米を見ていきましょう。
 北欧のノルウェー(2ヶ所)とフィンランド(1ヶ所)のデータがあります。ノルウェーの1ヵ所は、日本と似たようなできかたをした造山帯のデータです。造山運動とはいっても、日本のものと比べて、もっと古い時代の6億から3億年前の古生代におこったカレドニア造山帯とよばれるものです。ここでは、いちばん多いのは堆積岩とその変成岩で、51%です。ミグマタイトと呼ばれる岩石が溶け出しかけた変成岩が36%で、いちばん少ないの火成岩の13%です。
 堆積岩が多いのは日本と似ていますが、高度の変成岩が多いのは、ノルウェーのカレドニア造山が古い時代のものだからです。のちの時代の変成作用を受けていることと、長い年月で上の地層や岩石が侵食でなくなったので、深部の岩石が地表にでていることで、変成岩の比率が多いと考えられます。
 
 ノルウェーのもう一つのデータは、先カンブリア時代の楯状地とよばれる古い大陸地殻のものです。このデータでは、48%が高度の変成岩であるミグマタイトで、花崗岩を主とする火成岩が35.8%になり、堆積岩は12%です。先ほどとは違った答えが出てきました。堆積岩がいちばん少ないのです。それに対して、火成岩や変成岩の比率が多くなっています。この傾向は、フィンランドのデータも同じような傾向を示しています。火成岩が61%で、変成岩が22%で、堆積岩が18%です。
 火成岩の中でも花崗岩の比率が多くなっています。ノルウェーの先カンブリア時代の花崗岩は33%、フィンランドでは53%になります。
 大陸地域では、造山帯は堆積岩が多いのですが、古くなると堆積岩の比率が少なくなり、変成岩と火成岩の比率が多くなります。古生代以降の造山帯は、世界各地で見られますが、全大陸で占める割いは、多く見積もっても、半分にはなりません。その造山帯でも、堆積岩の占める割いは、52%ですから、陸地全部の中では、30%前後にしかならないでしょう。
 火成岩は花崗岩が多くなり、変成岩も花崗岩起源のものが増えてきます。大陸は、花崗岩およびその変成岩が、そのおもな構成物とみませます。つまり、大陸は、花崗岩とその変成岩からできているといえます。やっと答えがでてきました。

・発展と不便・
Shiさんからの環境問題についてメールがありました。
環境問題について、私は、次のような考えを示しました。

「地球というレベルで考えると人類のしていることは、ささやかなことです。
でも、人間のレベルで考えると、ことは重大になります。

人間とは、身勝手なものです。
智恵があるために、寒かったら暖かくしたり、
不便だったら便利にしたりします。
これが人類を大いに発展させたのです。
かつては、生存競争のために智恵を使っていたのですが、
今では楽をするために智恵を使っているのです。
人間とは、身勝手なものです。

自分たちが楽したいために、我慢をするということを
捨てているように思います。
まさに「飽食」の種ではないでしょうか。
地球の今までの蓄えも食いつくし、従来の生態系や環境システムも、
変更を余儀なくさせる存在なのです。

でも、地球生命として生まれたのですから、
これも何かの必然が働いているのかもしれません。
もしかすると、先にあるのは人類という種の自滅でしょうか。

ほんの2、300年前までは、少なくとも日本人は
自然を食い尽くすようなことはしていませんでした。
自然と共存していました。
まさに持続可能な自然と人間生活の共存です。
そのかわり大いなる発展は放棄していました。

江戸時代の人たちと現代人は、どちらが智恵がある生き物なのでしょうか。
わからなくなります。

私も現代の便利な世界に生きる人間です。
ですから、飽食の片棒を担いでいます。
いまさら、江戸時代の生活にもどれといっても不可能です。
かといって、贅沢を知り尽くした先進国の人間に、
どうすれば地球に優しい生き方ができるでしょうか。
たぶん、自律的に達成することは不可能だと思います。

なにかの緊急事態がおきて、それで仕方なく不便を強いられるとか、
生か死かという選択で生を選び不便でも生きているほうがいい
というような事態がないと不可能かもしれません。

地球環境の変化を人類は智恵を持って防ごうとしています。
でも、発展を維持しながら、贅沢をしながら、環境も守ろうというのは、
虫が良すぎるのではないでしょうか。
やはり、持続可能な自然との共存には、発展を捨て、
不便に耐えなければならないのではないでしょうか。

と、人類の未来を考えるとどうしても、小さい視点で、
「わが身かわいさ」の発想をして、最終的には、悲観的結論になります。
なるようにしかならないという、あきらめに似た気持ちとなります。
ですから、私は、あまり人類の未来を考えたくないのです。

でも救いは、人類が何をしようとも、地球や生命の総体、
環境は少々変化しますが、残るはずです。
それは、いままでの地球や生命が潜り抜けてきた激変に比べれば、
人類のしていることはささやかなことだからです。
私は、地球的発想で考えていきたいと思います。

ちょっと暗い話なりました。」

という返事を書きました。

2003年6月19日木曜日

5_22 大地は何からできているか(その1)

 地球の表面で一番たくさんある石は何でしょうかと聞かれたら、どう答えるでしょうか。多分、さまざまな答えが返ってくると思います。では、地質学的に見た場合、答えはどうなるか見ていきましょう。

 地球表面をつくるものはどのようなものでしょうか。これでは、漠然としているので、とりあえず、陸地をつくるものとしておきましょう。
 この質問に対して、ある人は堆積岩、ある人は花崗岩、火山岩、変成岩などと答えるでしょう。またある人は、石なんかなくて砂や土だというかもしれません。このようなさまざまな答えが出るのは、2つの理由があると思います。
 ひとつは、大地をつくるものというと、いちばん表層の物質を見ている可能があることです。もう一つは、自分たちの住んでいる地域のものを頭に描いて答えるので、それぞれの地域の特性を反映している可能性があることです。
 日本では、大地の表面の多くの植物が覆っています。すると植物の下には、1メートルほどの土壌があります。それを想像した人には、石なんか大地にはないという答えが出てきます。でも、大地には石はないのでしょうか。あってもその地域には少ししかないのでしょうか。あるいは、地球の大地には、石はとてもまれなものでしょうか。
 高山に行くと植物がなくなり、土壌もなく岩だらけの地面が広がるところもあります。ですから、地表にはつねに植物や土壌があるとは限らないのです。山の工事現場や海岸の切り立った崖では、硬い岩盤がでていたり、地層が出ているところを見たことをある人もいるでしょう。つまり、地下のどこでも土壌があるわけではないです。
 また、岩盤が広がっているところでも、地域によって、その岩盤の種類は違ってきます。例えば、日本でも、大島、普賢岳、有珠山の近くくすむ人は火山岩で大地はできていると思っているかもしれません。神居古潭渓谷に住む人は変成岩の大地だと思うでしょう。他にも、秋吉や四国山地のように石灰岩の広がるカルスト地域に住んでいる人もいるでしょう。六甲山や目覚めの床の近くの山地では、花崗岩がつくるきれいな大地に住む人もいるでしょう。大谷石の産地では凝灰岩の大地もあるでしょう。鳥取砂丘の近くに住む人は、岩盤なんかなく大地は砂ばかりという人もいるでしょう。このような地域の人に住む人は、土壌は、大地の主要なものではないと考えるかもしれません。
 日本でもこれくらいの多様性があるのです。もし、世界中の人に聞けば、もっとさまざまな答えが返ってくるでしょう。極地に住む人たちは、氷や永久凍土が大地をつくっているというでしょう。ヒマラヤやアルプスの山地に住んでいる人は、氷河に削られた大きく褶曲した地層が大地をつくるものだというでしょう。砂漠、湿原、草原、森林など地球の表層はさまざまなものが覆っています。
 このように考えを進めていきますと、身近なものだけで判断してはいけないということがわかるでしょう。さらに、一番表層にある物質だけを基準に考えると、大地を構成する間違った判断を下す可能性があると思えてきます。
 このような比較を厳密にするためには、表層にある薄いものだけ基準とせず、地下に深くに厚く広がっているものを基準としたほうがいいのではないでしょうか。
 このような考えで、地質図というものはつくられます。地質図とは、大地を構成している岩石あるいは地層に基づいて描かれています。表層の薄い土壌や植生は無視して描いてあります。実際の量は次回見ていきましょう。

・素朴な疑問シリーズ・
素朴な疑問シリーズが続きます。
今回は大地にある岩石はどんなものかです。
本当に大地をつくる岩石がどんなものか
多くの人が納得する答えがあるのでしょうか。
答えは次回ですが、
そんな方法も考えること大切です。
なぜなら、それが地球表層の平均的な岩石、
あるいは組成を知ることにつながります。
さらにそれは、地殻や地球の平均値を知ることになります。
それは、地殻や地球のでき方へのヒントなります。

・大気と海洋の関係・
Shiさんから、石灰岩に関連して、酸性雨について質問がありました。
その質問に私は以下のように答えました。

酸性雨と二酸化炭素の関係についてですが、
酸性雨はどんな時代もありました。
それは、大気中に火山などで放出された成分(硫化水素など)が、
水に溶けて酸になって酸性雨となります。

有史としては残っていないような大噴火があったことも
地質学的記録には残っています。
そんな噴火の時には、酸性雨となる成分を大量に放出します。
これが陸地の固体にかかると、溶けやすいものは、溶かします。
その溶けやすいものには、石灰岩も含まれます。
大噴火でなくても、ある一定の量は雨に含まれています。

これは、長い時間、地球の表面では行なわれてきた作用ですし、
人類が関与しなくても行なわれてきたことです。
その一端が石灰岩地帯にみられる、カルストであり、鍾乳洞です。
このような作用の結果、陸地に蓄えられた石灰岩が、
そのまま永久に固体として陸地に残るのではなく、
少しずつ大気や海に帰っていくのです。
このような作用は、二酸化炭素の地球表層の大きな循環といえます。

人類が酸性雨のもととなる各種の酸を増やしたので、
一時的に酸化が進んでいます。
でも、これは、地球としてはじめての経験ではなく、
もっとはげしいことをおこっています。
上で述べたような大噴火のときや地球初期もそうだったはずです。

酸化によって固体から出てきた成分は、
イオンとして液の中に溶けようが、気体として大気にでてこようが、
長い目で見れば、大気と海洋(あるいは雨)との平衡関係によって、
ある一定値となるはずです。
そのような平衡になる時間は、
大気や海洋での滞留時間としてある程度わかっています。

この平衡にかかる時間は、人類にとっては長い時間ですが、
地球にとっては、かなり早い時間としてとらえられます。

地球的視点で捉えれば酸性雨はたいしたことはなく、
よくある出来事となります。
人類の視点で捉えれば、人類にとっての地球環境問題となります。
人類的視点で考えるときも、
地球や他の生物をどの程度配慮するかは明確にすべきでしょう。
いままでの議論は、このような立場や視点を曖昧にされている場合が
多いような気がします。

2003年6月12日木曜日

5_21 地球はどれほど大きいか

 地球は大きいです。しかし、その大きさを、人はどのようにして知ったのでしょう。どのようにして、正確に測定したのでしょうか。最初に地球の大きさを測ったのは、いつごろのことで、だれだったのでしょうか。地球がどれほど大きいかを考えていきましょう。

 人間の大きさと比べて、地球は非常に大きいことは、だれでも知っています。では、自分の身長や、1mを単位としたとき、どれほど大きいか見当がつきますか。この答えを求めることは、地球の大きさを測ることになります。自分がその中にいて見当もつかないほど大きいものの大きさは、どのようにしてはかるのでしょうか。
 今の時代なら、宇宙から、地球を眺めれば、その大きさを正確にはかることができます。でも、宇宙からはからなくても、ちょっとしたアイディアがあれば、地球の大きさを求めることができます。そんな先人のすばらしいアイディアを紹介しましょう。
 最初に地球の大きさをはかったのは、古代ギリシアのエラトステネス(BC276年ころ~BC196年ころ)でした。紀元前250年ころ、エラトステネスは、次のような方法で、地球の大きさをはかりました。
 エラトステネスは、アレキサンドリアとシエネ(現在のアスワン)では、夏至の日に深い井戸のさし込む日差しの違いに気づきました。夏至の日に、シエネでは、深い井戸の底にも日がさし込んでいました。つまり、太陽は、シエネでは真上にあったわけです。ところが、アレクサンドリアでは、深い井戸に影ができていました。その角度は、円周の50分の1(7.2度)ほどでした。シエネは、アレキサンドリアから真南に、当時の単位で5,000スタジア離れたところありました。
 このような情報から、地球の円周は、5,000スタジア×50で25万スタジアになります。ですから、当時の数学の知識から、円周率の2倍で割れば、半径は求めることができます。地球の半径は、約4万スタジアとなりました。
 当時の長さの単位である1スタジアは、158mといわれています。ですから、今日の単位にすると、地球の半径は6290kmとなります。現在では、半径は6371km(平均半径、極半径は6357km)ですから、その誤差は1.3%(極半径では1.1%)というものでした。
 5,000スタジアは79kmです。その距離を正確ではかるのは容易ではありません。アレキサンドリアとシエネの距離はどのようにして求めたかは定かではありませんが、砂漠の商隊などで、よく訓練された人やラクダの歩くスピードなどを使ってはかったのではないかと考えられています。
 現在でも、地表での測定は、エラトステネスと測定方法をより精度をあげておこなっているにすぎません。その方法は、さえぎるもののない大平原で、できるだけ広く距離をとって、その距離を三角測量し、その実測距離と経度差(円周の何分の一にあたるか)で調べます。
 もちろん、地球は完全な球ではありませんので、場所によって大きさが違います。例えば、子午線1度(地球の北極から南極まで、180度としたときの緯度分)の長さは、赤道では110.57kmですが、経度30度(赤道から角度で30度分)のところでは110.85km、経度60度では111.41kmとなり、1%近い誤差があることになります。
 エラトステネスの測定精度には、現代の精度に匹敵するほどのものです。たとえその誤差とが大きかったとしても、エラトステネスのアイディアに驚かされます。たまたま深い池でそのような現象に気づいたことが発端でしょうが、それを地球の円周や半径を求めるに利用しようという発想がすばらしいものです。そのアイディアは現代までに活きていたのです。この発想こそが、智恵というものです。こんな智恵を生むことができる人間がなりたいものです。私では、もう手遅れでしょうか。

・すばらしい発想・
すばらしい発想、智恵は、
たとえその結果が、後に大きな誤差を含んでいたとしても、
人類の知的遺産として、価値あるものです。
そして、そんな智恵を誤差が大きいからといって
葬り去らないように注意すべきでしょう。
そのような発想を次に得ることができるには
長い時間がかかるかもしれません。
そんな人たちの智恵は、人類の宝です。
いくら賞賛してもやまないもののはずです。
そして、そんな智恵を人類の知的遺産に
付け加えた人を賞賛すべきでしょう。
賞や賞金を与えるなどというささやか報奨ではなく、
人々の記憶にとどめ、
歴史に残すことこそ、本当の報奨ではないでしょうか。

・疑問シリーズ・
素朴な疑問シリーズです。
今回は地球の大きさでした。
現代では、地球の大きさは
人工衛星の運動を精密に測定することにで、
より正確に地球の大きさをはかることができます。
そして正確になればなるほど、
地球のいびつさが見えてきます。
地球は赤道で切ったとすると、楕円となります。
また子午線で切っても
楕円で、北極で出っ張り、南極でへっこんだ
いびつなかたちをしています。
精しく見れば見るほど、アラが見えてくるようです。
まるで、美人を見たときのようです。
おっと、これは、セクハラになる発言でしょうか。

・引越し・
私事になりますが、
6月7日に新居に引っ越しました。
荷物が片付かず、落ち着きません。
思い起こすと私は、これで、14回目の引越しです。
転勤族ではないのですが、やむにやまれずに引っ越しました。
私は、余り気にならないのですが、
子供に精神的負担をかけているので、それがつらいのです。
今回の移動も子供に負担をかけないように選びました。
同じ市内での移動です。
いままでの借家住まいから、
自宅への引越しです。
ここが終(つい)の住まいとするつもりで、
新築しました。
もちろんローンです。
健康と将来のことを考え、分不相応の家となりました。
幸い、築8年モデルハウスが売りに出ていたので
安く購入できました。
北海道の木だけでつくられた家です。
そして北海道の産の桂の木を使った家です。
できて年数がたっているせいで、
桂の木が飴色のようないい色合いになっています。
まあ、これ以上言うの自画自賛になりそうです。

2003年6月5日木曜日

6_28 奇岩に秘められた大気の謎

 鉄鉱石の起源(2003年4月号)と酸素の由来(2003年5月号)について紹介してきました。今回は、それらと密接な関係がある二酸化炭素の話をしましょう。中国の雄大な景観に、その謎をとく鍵がありました。

 悠久の中国というと、どのような景色を想像するでしょうか。それは、山水画の世界のようなものでしょうか。それは、奇岩の岩山が立ち並ぶ間を大河が流れ、朝霧に川面には、漁をする小舟が浮かんでいるでしょうか。そんな景色は、山水画の世界だけでなく、石林や桂林に行けば、現実のものとしてみることができます。中国でなくても、似たような景色は、規模は違いますが、地球のいたるところで見ることができます。
 石林や桂林の奇岩をつくっている岩石は石灰岩です。石灰岩は、それほど珍しい岩石ではありません。石灰岩は、日本の都道府県には、どこにでもあるといわれるくらい、ありふれた岩石です。また、石材としてもよく利用されています。石灰岩がたくさんある地域は、石灰岩がつくりだす固有の景観をつくります。石灰岩台地や鍾乳洞などがそうです。その不思議な地形は、観光名所になります。
 石林や桂林の景観は、どのようにしてできてきたのでしょうか。もちろん、長い年月をかけてできたはずです。
 現在の奇岩の景観そのものも、人類にとっては気の遠くなる時間ですが、地球の時間からすると、石灰岩の地域が奇岩となるまでの時間、あるいは奇岩としていられる時間は、それほど長い時間ではありません。それよりもっと長い時間が、その背景には流れているのです。
 その時間とは、現在の奇岩が、今のような姿になった時間ではなく、奇岩の元となる岩石ができて、今の位置に来るまでの時間のことを意味します。つまり、石灰岩が海ででき、そしてプレートテクトニクスという地球の営みによって陸地に持ち上げられ、そしていろいろな変動を潜り抜けて、何億年という年月の後に、今の地に、石灰岩はたどり着いたのです。その後に、雨や河川によって削られたのが、いまの石林であり、桂林であるのです。
 つぎに、石灰岩のでき方をみていきましょう。石灰岩は、いろいろな時代のものがあります。古生代以降の石灰岩には、化石が見つかることがあります。古生代以降の石灰岩は、生物の遺骸、それも、さんご礁など礁をつくる生き物の遺骸、あるいはそれらの破片が集まったものからできたと考えられています。もともと化石がいっぱいあった岩石でも、長い年月といろいろな変動を経ることで、化石の痕跡が消えてしまっていることもよくあります。
 石灰岩は、ほとんどが方解石という鉱物からできています。方解石は、炭酸カルシウム(化学式はCaCO3)という成分からできています。生物は、硬い炭酸カルシウムを殻や骨(サンゴの場合は外骨格)として利用しました。その材料は、海水中に溶けている炭酸イオンとカルシウムイオンを利用したのです。
 海の中のカルシウムは、陸地の岩石を溶かした川の水から途切れることなく供給されます。炭酸イオンは、大気中の二酸化炭素が海水に溶けこむことから供給されます。
 大気から海水への二酸化炭素のやり取りされ、そして生物の殻や骨になることを考えると、気体の二酸化炭素が固体なると、非常に容積は小さくなります。理科の実験で、石灰岩に塩酸をかけると、大量の二酸化炭素を発生するという実験を思い出してください。この実験では、二酸化炭素を固体から気体にしたとき、どれほど大きくなるかを知ることができます。
 陸地にたくさんの石灰岩があるということは、生物の体の一部として固定された二酸化炭素が、石灰岩として陸地にたくさん貯蔵されていることになります。それも非常にコンパクトにです。陸地の石灰岩をすべて気体に戻すと50~100気圧分にもなると見積もられています。つまり、もともと大量にあった大気中の二酸化炭素は、生物によって、固体にされ、陸地に保存されたのです。そのため、大気中の二酸化炭素は、今のように少ない量となったのです。もし、そのような作用がなければ、地球は、温室効果が働き、暑い星となっていたはずです。
 昔の大気には、酸素がなく二酸化炭素が主な成分でした。そんな原始の大気に酸素を加えたのは、前回の話に登場したストロマトライトをつくったような光合成生物です。さらに、原始の大気中にあった大量の二酸化炭素を取り去り、今の大気を二酸化炭素の少ない状態に維持しているのは、これまた生物の活動となります。
 まさに、生物と地球の共生というべき関係によって、それも長い時間の共生関係によって、今の地球環境がつくられ、そして現在も維持されているのです。もちろん、そのとき起こった環境変化によって、今では知りようもないような大絶滅が起こっていたはずです。私たちの祖先は、そんな環境変化を生き抜いてきた勝者なのです。