2005年12月29日木曜日

5_49 第四紀の復活?2:第三亜代と第四亜代

 今回の第四紀の廃止という国際地質科学連合の国際層序委員会の決定は大きな衝撃が走りました。そのための議論が各所で行われました。

 時代区分の中で、第四紀という時代は、地質学だけが扱う時代ではなくなってきています。例えば、環境問題で、氷河期や長期の気候変動を考えるためには、重要なデータ収集の時代となっています。また、人類が登場する時代ですので、人類学や考古学でも研究対象となる時代であります。現在の自然を研究しているときでも、その源泉をたどれば、第四紀という時代にかならずたどり着きます。人文科学の歴史に関する記述も、たいてい第四紀からはじまります。
 第四紀という時代を研究している人たちが集まっている学会があります。国際的な学会として第四紀研究国際連合(INQUA)という組織があり、日本でも第四紀学会があります。第四紀学会には、地質学だけでなく、考古学、気象学、生態学、地理学、人類学など多様な分野の研究者が参加しています。学会の構成員から見ても、第四紀という時代は、もはや地質学だけの分野の研究対象ではなく、多くの学問分野で必要な時代区分となっています。ですから、第四紀の廃止には、大きな社会的影響があります。各所から反論、意見が出されました。
 最終的に、第四紀研究国際連合と国際地質科学連合の国際層序委員会によるタスク・グループで議論して、票決に基づき、次のような結論が出されました。
・第四紀は国際地質時代区分で正式な時代と層序区分とする
・時代は鮮新世ゲラシアン期の始まり(約259万年前)から現在までとする
・時代区分におけるランクは、新生代内の亜代か亜紀とする
というものでした。
 それを受けて、国際層序委員会では、議論を経て票決をして、2005年9月28日付けで国際地質科学連合長に報告しました。そこでは、第四紀が新生代の正式な時代区分であるということを強調されています。その上で
・第四紀は260万年前(鮮新世ゲラシアン期のはじまり)から現在までとすること
・地質年代の区分で新第三紀(ネオジン)の最上部で亜紀に相当(新生代における第三紀と第四紀と区分のレベル)させること
というものです。
 その報告には、第四紀を含めた層序表がつけられています。新生代は第三紀と第四紀が260万年前に亜代として区分されています。そして、その下の紀のランクとして、パレオジンとネオジンがあります。
 この問題の決着は、公式には国際地質科学連合の長がOKを出せばいいことなのか、総会にかけて承認を得るべきことなのか、どのような手続きを経るべきものなのかは、私は詳しく知りません。しかし、国際層序委員会の結論は重いはずです。ですから、決まるとすると、提案どおりになり、だめだと再度議論となるでしょう。
 もし国際層序委員会の結論通りだとすると、新生代の時代区分は次のようになります。

第四亜代|       |
    | ネオジン紀 |
--------|       |--260万年前
    | ----------------2300万年前
第三亜代|       |
    | パレオジン紀|

という、非常に複雑な構造となります。
 これでも問題がないわけではありません。亜代という年代区分が導入されていること、新生代が他の中生代や古生代が整理されてきたのに、より複雑になっていること、第四亜代が、ネオジン紀のひとつしたの更新世の後期の時代から始まり、重複していることなどです。やはり、第三亜代と第四亜代は浮いた時代区分です。慣例を残すために、無理くりつくられた気がします。今まで整備されてきた時代区分は、学問の積み上げのものに作り上げられました。第四紀は、今までの学問の積み上げもありますが、今までの学問への影響を少なくするために残されたという気がします。今回の決定が最終的なものかどうかわかりませんが、後に憂いを残さなければいいのですが。
 ひとつの時代区分について長々議論されたのは、やはりこの第四紀の廃止という考えの衝撃が大きかったことが伺われます。そして、このような複雑な構造になっても、第四亜代として残そうというのは、第四紀という時代が、人類にとって重要なのだということです。それは、自然の科学と人の科学が出会う時代だからなのかもしれません。
 このような議論を通じて、第四紀という時代はどういう時代なのか、そしてそれは、なぜ必要なのかを考える機会になればいいと思います。

・人間の都合・
時間を人為的に区切るということは、
やはり人間の都合で自由にできます。
ところが人間の都合で自由にできるのなら、
論理的にしていけばいいのですが、
そうもできないのが人間の都合でもあります。
人間というのは、なかなか一筋縄ではいかないものです。
そこが人間の困ったところであり、
いいところでもあるのかもしれませんが。

・今年最後のマガジン・
今年も、これが最後のメールマガジンです。
長いようで短かった2005年も、もうすぐ終わりです。
皆様にとっては、どのような1年だったでしょうか。
なかなか一言ではいえないでしょう。
私だってそうです。
いいこと、悪いこと、どちらともいえないこともありました。
でも、そんなことを振り返れるのは、
12月も押し詰まった、暮れの時期ではないでしょうか。
そして次の1年に向けて決意を新たにするのではないでしょうか。
もちろん振り返っても、1年を展望しても、
実際にどうなるかは自分の毎日の努力によるものです。
でも、時の流れにわざわざ区切りをおいているのですから、
その区切りを有効利用すればいいと思います。
それが大晦日や正月の有効な使い方ではないでしょうか。
私もそんなふうに利用しようと考えています。
ではよいお年を。

2005年12月22日木曜日

5_48 第四紀の復活?1:時代区分の更新

 地質時代シリーズで「1_52 新生代1:時代区分」(2005.10.27)で第四紀が消えたという話をしました。しかし、第四紀が復活しつつあるという話題を紹介します。

 地球の過去の歴史は、地質学者がさまざまな手段を使って調べていきます。もともと地球が経てきた時間には区分などありませんから、人があるいは研究者が独自に、自分たちの都合に合わせて時間を区切っていくことになります。しかし、それぞれの研究者が独自に時代区分を行っていくと、時代を比べるときや、後の人が研究を参考にしたい時に、混乱をきたします。そのため、時代区分は、国際的に協議されて決めるという方法がとられています。
 現在、地質学者の国際的な学会として、国際地質科学連合(IUGS)という組織があり、その中の国際層序委員会(ICS)で年代に関する検討と原案作成が行われています。国際層序委員会で、2004年に最新の年代が発表されました。その詳細は2005年3月に出版された「A Geologic Time Scale 2004」という589ページにおよぶ厚い本で紹介されています。1989年以来の15年ぶりの大改定でありました。
 改定で大きく変わったのは、時代境界の年代の値と、第三紀という時代区分が完全になくなったこと、そして第四紀もなくすという方針です。
 最後の第四紀をなくすということが、実は非常に複雑な問題を起こしています。現段階でもまだ解決していません。そのあたりの事情を紹介しましょう。
 2004年あたりに、ICSの原案が提示され、ホームページを見ながら、だいぶ変わったなと感じていました。しかし、時代境界の年代の値は、妥当なものだったようですし、第三紀をなくすというのは以前の1989年からの方針でしたので、それほど混乱は起こりませんでした、しかし、第四紀に関しては、ICSのホームページに紹介されている年代の表で、第四紀があったり、消えていたり、定まらない状態でした。それに、第四紀をなくす派の論文が紹介されていたり、その間の議論もホームページで紹介されていました。
 最終的に本の中でも、第四紀に関するその混乱が、そのまま現れてた状態で、ある表には第四紀があり、別の表では第四紀がなかったりということになっていました。例えば、本の裏面にカラーで印刷された地質時代表では、第四紀が付け足されています。本についていたポスターサイズの大きなカラー図では消えています。本文の時代区分の詳細な表では、次のようなコメントがありました。
「『第四紀』は約260万年前から始まる周期的な気候変動(氷河期と間氷期の事件)をしている期間を考慮した伝統的なものである。そのため、新しい時代区分における完新世、更新世、最後期鮮新世を含むものとなる。層序時代区分での位置は正式決定はまだである」
 ですから、まだ正式には第四紀をどうするかが、まだ決まっていない、混乱した状態であります。
 権威ある組織から出版物が出たということで、そのデータが多くの分野で利用されていくはずです。実際に2004年12月出版された日本の子供向けの図鑑では、この本に基づいた年代の数値が早くも使われていました。今後、第四紀という時代をどうするかというような混乱は、できる限り早く解消する方がいいはずです。しかし、現状はなかなか大変なようですが。
 第四紀についての混乱の詳細については、次回で紹介しましょう。

・漬物・
北海道にも何度か大雪が降り、除雪車も何度か入り
とうとう根雪となりました。
いよいよ冬本番です。
先日小学校の行事で、農家の人が漬けた漬物を
何種類か食べる機会がありました。
どれもなかなかおいしく、我が家でも作りたいのですが、
なかなかうまくいできません。
昨年に続き今年も秋に、家内が大根を5本ほど買ってきて挑戦しました。
まず、大根を干していました。
どれくらい干せば良いかわからず、もう少しと思って干していたら
なんと、腐ってきました。
昨年に続き2度目の失敗となりました。
昨年は20本ほど買って大きな樽でつくろうとしたので
そのショックは大きかったのですが、
今年は、失敗してもいいようにと少しにしておきました。
でも、やはり家内にはショックだったようで、
あと少しがいけなかったと反省していました。
漬物もなかなか奥が深いようです。

・忘年会・
忘年会シーズンですが、皆さんは楽しんでおられますか。
私は、大学の教職員の大規模な忘年会がありました。
全職員は二百数十名になるのですが、
100名以上の参加がありました。
そこであったビンゴ大会で、私は、
二等を当てて、多くの人から、うらやましがれました。
多くの人は一等の1名分の液晶テレビより、
二等のiPOD nanoを欲しがっていたようです。
もちろん私もそれがあたって大喜びでした。
この忘年間で私は、今年はいい年と思えるような気がします。

2005年12月16日金曜日

1_54 新生代3:気候変動(2005.12.16)

 地質時代シリーズの新生代の3回目です。今回は新生代に起こった気候変動を見ていきましょう。

 太陽は、自ら輝いています。その輝きは、核融合によって、もたらされています。核融合に関しては、さまざまな実験や研究がなされて、詳しく分かってきました。太陽が恒星として進化していくと、時間と共に太陽光度が強くなることがわかってきました。
 そのような光度の変化が、地球環境に大きな影響を与えることを最初に指摘したのは、カール・セーガンとミューレンが1972年に発表した論文でした。
 彼らの指摘がもし本当なら、地球は20億年前より古い時代は、全球凍結していたはずという計算結果がでています。
 しかし、地球には38億年前には海が存在していたという証拠があります。それは、海底で溜まった地層が、その時代にはあるのです。そして38億年前から現在まで、各時代の地層があります。つまり、38億年前以降、海がずっと存在していたことになります。
 なぜ、このような不思議なことがおこっているのでしょうか。2つの研究の結論は、矛盾したものとなっています。これを暗い太陽のパラドックス(faint young Sun paradox)と、セーガンらは呼びました。
 このパラドックスを解決するためには、地球の大気組成が、時代と共に変化してきたと、考えればいいとセーガンらは提案しています。それは、温室効果ガスである二酸化炭素(CO2)の大気で占める割合が、時間と共に変化してきたと考えれば、解決できるというものです。つまり、二酸化炭素が時代と共に減ってきたと考えれば、暗い太陽のパラドックスを解決できるのです。
 現在、二酸化炭素が非常に少ない状態です。20億年前以前は、二酸化炭素の温室効果で、暗い太陽を補って地表を暖めていました。20億年前以降から現在までは、二酸化炭素を減らすことによって、太陽の暑さをしのいでいるという状態です。そして現在、二酸化炭素はほとんどなくなり、温室効果が非常に少ない状態です。
 もし、太陽内での核融合のモデル計算が正しければ、太陽光度はこれからも、数十億から億年のタイムスケールで上昇していきます。そうなれば、将来、地球は温室効果をする二酸化炭素をほとんど使い尽くしたので、熱くなり、やがては海も蒸発するかもしれません。金星のような暑い星となるかもしれません。
 違うスケールで、別の気候変動の記録が読み取られました。それは、地層中に残された化学成分を使って、地層ができた当時の気温を推定する方法です。それによると、パレオジン初期(約5500万年前)から、地球の気候は寒冷化の一途をたどっていることがわかってきました。この寒冷化という気候変動は、現在も進行中だと考えられています。これは、数千万、数百万年というスケールでの寒冷化です。
 このような寒冷化の原因は、地球の冷却が考えられています。そのシナリオの基づくと次のようなストーリが考えられています。
 地球が冷却してくると、地球内部のマントルの対流が衰え、プレートの生産速度が低下します。それによって、火山活動も衰えて、火山噴火によって放出される二酸化炭素の量が減り、温室効果が低下することになります。これが寒冷化のシナリオです。
 もしこのシナリオが正しければ、今後、寒冷化はつづくことになります。
 気候変動は、不規則ですが、変動していることは、さまざまな証拠からわかってきました。しかし、このような変動が、何に由来するかはよくわかっていないのが現状です。
 太陽光度の上昇は数十億から億年のスケールの温暖化、地層に記録された寒冷化は、数千万、数百万年というスケールです。人類が気にしている地球温暖化は、数百から数十年の単位です。
 気候変動のメカニズムは、まだ解明されていません。まして、気候変動の未来予測はなかなか困難です。もっと気候変動の研究を進めていく必要があります。

・カンジキ・
先日は関東にも雪が降り、寒い日が続いています。
私の住む北海道にも、やっと本格的な雪が降りました。
このまま積もれば、根雪になりそうです。
先日の日曜日には、今年初めて吹雪いて、一気に積もりました。
湿った雪で重かったのですが、冬らしくなりました。
私は冬のスポーツはしていないのですが、
子供と一緒に新雪の森を歩くことが目標です。
昨年はまだ長男や次男が森を歩くのは無理なようなのと、
私がスキーにするかスノシューにするかなど迷っていて実行できませんでした。
今年は、いろいろ考えた結果、カンジキをはいて歩き回ることに決めました。
私と家内の分は買いました。
このカンジキが、子供たちの長靴にあるかどうかを試して
大丈夫そうなら、子供たちの分も注文するつもりです。
今年の冬は、家族で、カンジキをはいて、
新雪の森林を歩ければと思っています。

・師走・
師走も、もう半ばとなりました。
暮れのさまざま行事、年賀状、来年の準備、
加えて、我が家には、暮れから正月にかけて母が来ます。
久しぶりに、家族で温泉に泊まりで出かけることになります。
そんなことを考えていると、師走は、
あっという間に過ぎてしまいそうです。
今年中、12月中にやるべきこと、整理すべきこと、
いろいろやるべきことが残っています。
あわただしさが、師走なのでしょうが、
やるべきことはちゃんとやりましょう。

2005年12月8日木曜日

5_47 まだまだ見える望遠鏡

 今回で望遠鏡シリーズが最後となります。最後は電磁波では見えないものを見る望遠鏡の話です。

 素粒子と呼ばれるこの世で最小のものがあります。原子のみならず、この世のありとあらゆるものは素粒子からできています。そんな素粒子のひとつに、ニュートリノというものがあります。
 ニュートリノは、素粒子の中でも小さく、他の素粒子と反応することも少なく、なんでも通り抜けてしまうだけの素粒子です。ですから、実際に存在するかどうか調べるのが、なかなか難しい粒子でした。
 1934年に、旧ソビエトのパーヴェル・チェレンコフは、直接ニュートリノを観測するのではなく、ニュートリノが起こす現象を観測することで、ニュートリノの存在を確認する方法を発見しました。
 それは、大量の水の中をニュートリノが通り抜けると、電子と衝突して電子がはじき飛ばされることがあります。はじき飛ばれた電子は、水の中を光より速い速度で通り抜けます。そのとき青白い光が発生します。この光を、発見者にちなんで、チェレンコフ放射と呼んでいます。
 光より速いといいましたが、真空中の光はこの世で一番速いのですが、物質の中では、その物質の持つ屈折率で割った値まで光の速度は低下します。真空中で光は秒速約30万kmですが、屈折率1.33の水の中では、光は、秒速約23kmまで下がります。電子が、これより速い速度で動けばチェレンコフ放射が起こります。
 原子炉のようにニュートリノが大量に出るところであれば、チェレンコフ放射は定常的に起こります。しかし、自然界の量の少ないニュートリノを捕らえるのは現実的には困難なこととなります。反応しにくい、少ないニュートリノを捕らえるためには、大量の水を用意しておかなければなりません。
 しかしこの原理を用いれば、ニュートリノを観測できることになります。ニュートリノは、核反応で出てくるのですが、それ以外にも、陽子が崩壊するときに放出されるという考えがありました。これは、ある仮説から導きだされた予測でした。その予測によると、陽子の寿命は10の30乗から32乗年というものでした。そんなに長い時間をかけて観測できませんから、大量の陽子を集めて観測すれば、短い時間で陽子が壊れるのを観測できます。
 そんな目的で1983年に、岐阜県神岡鉱山跡地の地下1000mに、カミオカンデという3000トンの超純水に入れた装置が完成しました。現在は50000トンという大量の超純水を蓄えたスーパーカミオカンデが1996年に動き出しました。
 カミオカンデは、陽子の崩壊を観測することなく、宇宙からのニュートリノを検出しました。宇宙からのニュートリノを観測することによって、太陽の核融合の様子が探られました。それを指導的に行ったのが、ノーベル物理学賞を受賞した小柴昌俊でした。
 そして、世界を驚かしたのは、1987年2月23日に現れた超新星爆発によるニュートリノ観測でした。南半球だけで見えた超新星爆発でした。しかし、ニュートリノは、地球の中を通り抜けてカミオカンデで観測されたのです。つまり、カミオカンデのような装置は、地下にありながら、望遠鏡としての役割を果たすことが分かってきたのです。
 カミオカンデは実は、非常に性能のいいニュートリノ望遠鏡だったのです。それ以来、ニュートリノ天文学という新しい学問分野が誕生したのです。1960年代には、宇宙から飛んで来するニュートリノを検出する試みがなされてきました。
 人類はいろいろな知恵を使って宇宙を眺めてきました。目で見るものだけでなく、目では見えないものでも観測装置を使えば、見たのと同じことになります。これからもそんな知恵がいろいろ使われて、さまざまな宇宙を見る目を生み出すことでしょう。

・アイスキューブ・
現在、ニュートリノ望遠鏡は、世界3台あります。
日本のスーパーカミオカンデ。
カナダのサドベーにある、ニュートリノ天文台。
南極大陸の氷の下のAMANDAと
それを拡大した2009年完成予定のアイスキューブ。
アイスキューブは壮大な国際共同計画です。
現在AMANDAという装置が稼動しており、
水の代わりに氷をニュートリノ検出装置に使っています。
氷の下1400mから2400mに60個の光センサーをつけ下ろします。
そのような穴を何個も開けてセットした全体が
ニュートリノ望遠鏡を構成します。
南極の氷は大量で、望みさえすれば
いくらでも大きな観測装置にできます。
毎年80個のケーブルを下ろして、6年かけて完成する予定です。
日本でも、千葉大学の吉田滋さんが参加されています。

・師走・
師走というのは、あわただしい月で、
あっという間に過ぎていくような気がします。
気をつけていないと、すぐに今年が終わってしまいます。
今年中にしなければならないこと、やり残していることを
忘れずにやっておきましょう。
そうそう年賀状もそろそろ考えなければなりませんね。
人ごとではなく自分のこととして考えなければなりません。
そんなことをあれこれ考えている時間があれば、
やるべきことをやりましょうか。

2005年12月1日木曜日

5_46 電波でみた宇宙と地球

 望遠鏡の進歩を概観しているシリーズです。今回は電波望遠鏡の思わぬ使い方を紹介しましょう。

 電波は、波の性質を持っています。その波の性質を利用して、電波望遠鏡では、奇抜で面白い観測ができるようになりました。そのいくつかを紹介しましょう。
 星から来る波を2つの電波望遠鏡で、同時に受け取ったとします。もし、電波の発信源の天体が一つのものであれば、同じ波として合成しても一つの波になります。ところが、もし波にずれがあると、干渉という現象が起きてわずかの違いも見つけやすくなります。
 干渉とは、波を重ね合わせたとき、同じ波であれば、山と谷が一致し、強めあう効果のことです。少しでもずれると、ずれに応じた縞模様が現れます。大きくずれると、干渉は起こらず、でたらめな波となります。ニュートンリングは、干渉のいい例です。
 この干渉という作用を利用すると、ほんの少しの波の違いが区別できます。前回、電波望遠鏡では、電波の波長が長いので、可視光の望遠鏡に比べると精度が悪くなると言いましたが、この干渉という効果を利用すると、観測の精度を格段に上げられる場合があります。
 ずれは、いくつかの原因によって生じます。一つは、届く波に変動がある場合と、もうひとつは受け取る側が変動している場合です。
 一つに見える天体が、実は2つの近接した天体である場合、天体と地球上にある2箇所の望遠鏡までの距離が、ほんのわずかですが違ってきます。するとその距離の違いが、電波の波のずれとして干渉として観測できることがあります。地球の遠く離れた場所の2つの望遠鏡で、同時に同じ天体を観測すればいいわけです。もし干渉が起これば、その天体は、2つの天体であったことがわかります。
 この方法は、1946年、マーティン・ライルたちが開発たものです。電波の受ける素子を開口と呼んでいたことから、開口合成と呼ばれている技術です。また電波望遠鏡を干渉を計る干渉計として用いることから、超長基線電波干渉計、VLBI(Very Long Baseline Interferometer)と呼ばれています。
 この干渉計の精度を上げるには、望遠鏡の間隔ができるだけ離れていた方がいいわけです。できれば、地球の直径より離せれば理想的です。つまり、地球外に電波望遠鏡の一つを置けば、非常に長い距離を取ることができます。そうすれば、より遠くの2つの天体の分離して見分けることができます。
 実際に、干渉計として用いるために、電波望遠鏡が、人工衛星はるか(HALCA)として1997年2月12日に打ち上げられ、遠くの銀河やクェーサーという特殊な天体の観測に利用されています。
 この技術を地球に転用すると、面白い観測装置になります。一つの星を地球の2箇所で測定します。もともと一つの天体から発信された電波ですから、電波望遠鏡の2つの間隔に応じた干渉が常に起こるはずです。しかし、ある時間間隔をおいて、同じ測定をしたとき、もし時間差によって干渉にずれが生じたとすると、電波望遠鏡の2つの間の距離が変化したことになります。そのずれは、非常に小さなものでも検出できるはずです。つまり、地球の2地点の距離を非常に正確実測できるということです。
 別々のプレートにある電波望遠鏡を用いて、その距離の時間変化を調べれば、プレート移動を正確に測定したことになります。このようにして、プレートの移動速度が実測されています。
 電波望遠鏡は、他にも、いろいろな利用がされています。ビックバンのときの光が、宇宙の背景放射として電波の波長領域で観測されたり、太陽のフレアから電波が出ているいことがわかったり、電離していない水素原子が発見されたり、パルサーと呼ばれる高速で自転する中性子星が発する非常に正確な周期の電波を発見したり、可視光では得られない情報を、つぎつぎと電波望遠鏡から得ています。

・未知の世界・
望遠鏡シリーズが続きます。
当初こんなに長くなるとは思っていませんでした。
概略は知っていたつもりですが、
調べていくと、つぎつぎと面白いことが分かってきます。
私たちの地球の外を見る目は、非常に多様になったということです。
そして、面白ことに、今回紹介したように地球の観測に
電波望遠鏡が使える技術が出てきました。
人は、本当にいろいろなことを思いつくものです。
人の知恵とは、尽きることがないのでしょうか。
そして、そこには新たな未知の世界が広げていくのです。
外をみる技術が、中をみる技術となったのです。
地球外の宇宙を知ろうとすること、
それは、実は自分とは何ものなかを知ることなのかもしれません。

・冬モード・
いよいよ師走となりました。
北海道は連日、変化の激しい日々が続いています。
基本的に寒い日が続いているのですが、
風がなく快晴であれば、ガラス越しの室内は暑いくらいになります。
でも、雪がしょっちゅう降り、朝夕は道路が凍ります。
まだ根雪には早いのですが、冬到来です。
子供たちは、冬靴と冬服で、冬の帽子で毎日出かけています。
自転車を乗ることもできなくなりました。
衣替えも終わりました。
我が家は、完全に冬モードです。