2014年7月31日木曜日

1_128 宇宙の年齢 1:求め方

 宇宙の年齢は、138億年という数字が使われているのですが、ちょっと前ままでは137億年で、もう少し前は150億でした。このような数値はなぜかわってきたのでしょうか。その経緯を探っていきましょう。

 宇宙の年齢は、かつては100億年程度、その後約150億年といわれていました。いつの頃から137億年という数値にかわり、そして少し前から138億年となってきました。宇宙の年齢が変わることはないはずなので、求めている人間側の事情で変わってきたはずです。宇宙の年齢は、どのようにして求め、なぜ変わってきたのでしょうか。
 宇宙の創生時にできた物質が手に入れば、年代測定が可能でしょう。ところが、私たちは太陽系という46億年前にできたところに住んでいます。太陽系も宇宙にある材料でできたものですが、その材料はもっと新しい時代に完全にブレンドされ、年代も書き換えられたものでした。したがって、宇宙創世の材料は、地球や太陽系にいる限り手には入りません。通常の年代測定とは違った方法、考え方で、宇宙の年齢を決めなければならないようです。
 宇宙の年齢を推定するのには、いくつかのアプローチがあります。理論的に決める方法、観測によって決める方法があります。最近では、両者の方法を連携させながら、年齢が決められています。
 観測の一番単純な方法として、宇宙の天体で一番古いものを探すことです。一番古い天体より、宇宙の形成は古くなければならないという単純な理屈に基づくものです。つまり、古い天体を観測することによって、宇宙の年齢の下限を決めるというものでした。
 この方法も、以前は数値に矛盾がありました。一番古い天体の年代より、他の方法で推定された宇宙の年齢の方が若いという、逆転現象があったのです。その後この矛盾は、観測の誤差や見積もった定数がずれていたりということが原因であることがわかり、修正されています。
 望遠鏡の性能向上や観測する電磁波(波長)の広がり、観測手法の革新などにより、遠くの古い天体が観測されるようになってきました。その結果、天体の年齢が精密に測定されながら、下限が下がっていったのです。
 理論的アプローチとしては、ビックバンのモデルに基づくことになります。宇宙がビックバンによって始まり、それ以降膨張しているというモデルです。宇宙の膨張は、ハッブルが観測して以来、いくつかの根拠もあり、多くの人に受け入れられています。
 宇宙の膨張率は、ハッブル定数で定められます。ハッブル定数を用いると膨張がゼロ、あるいは時間がゼロが宇宙の始まりとなり、ハッブル定数から、宇宙の年齢が求められます。今ではハッブル定数は、かなり正確にわかっています。膨張の様子をより正確に遡る方法もわかり、ハッブル定数と宇宙のエネルギー密度、物質とエネルギーの組成から、宇宙の年齢をより正確に推定することができるようになってきました。これは観測と理論の融合となります。
 もうひとつ、宇宙の背景放射と呼ばれるものの観測から、宇宙の年代を求める方法があります。これは、宇宙の膨張の様子と組成を解き明かすことにもなるものですが、次回としましょう。

・4年生の夏休み・
北海道も夏らしい日々が続いています。
日が昇るとセミが激しく鳴き出し、
暑さを演出しています。
午後は暑さが増し、
西向きの研究室は耐えられないほどの気温になります。
卒業研究の目次作りに4年生との面談を
毎日何人とおこなっています。
少しずつ進行しています。
OKとなった人は、なにをすべきか理解して、
それを目次として構成できたことになります。
4年生の夏休みはそれができてからです。

・暑さによる迷い・
年々、夏休みが短く感じます。
以前は、8月下旬から
夏休みをとれた気がしたのですが、
最近は野外調査にでるにも
校務の隙間をぬっていくような気がします。
研究条件も過酷になってきました。
研究は、自分のアイデンティティにかかわるものなので
なにがあっても継続しなければなりません。
そのためには気力が必要なのですが、
それも校務で削がれていきます。
そんなとき、何のために私はここにいるのか
という気分が湧いてきます。
まあ、これも暑さによる心の迷いだと思いますが。

2014年7月24日木曜日

4_115 室戸岬2014 3:枕状溶岩

 室戸岬周辺には、タイプの違うマグマ活動があります。その一つが枕状の形状をした、日沖の火山岩です。周辺のマグマの活動が、解明されているわけではありませんが、少しずつ関係が解き明かされています。

 室戸岬には、付加体でありながら、マグマの活動を起こり、斑れい岩という深成岩ができていることを、前回紹介しました。室戸付近では、他のところでも、マグマの活動を見ることができます。
 室戸岬を東へ周り、徳島方向にすこし向かうと、日沖(ひおき)という小さな港があります。その港の位置は、少々わかりにくく、狭い道ですが、室戸ジオパークのサイトの一つになっています。
 日沖は、防波堤のコンクリートに囲まれた小さな港です。海岸でも見ることができますが、そのコンクリートの上を歩いて行くと、不思議な形の岩を見ることができます。波や風がある日は、少々注意が必要ですが、その不思議な形をした岩は、ついついもっと近寄って眺めてみたくなる存在です。
 丸い形をした岩が、いくつも積み重なっています。港の周辺の磯は、この不思議な岩が含まれています。枕状溶岩と呼ばれています。
 マグマが海底で噴出すると、海水に触れた部分は、すぐに固まってしまいます。外が固まっても、内側ではまだマグマのままで、しかもマグマはあとからも流れてきています。すると、固まった岩石の表面が破れて、マグマが海水中に噴出します。それもすぐ固まるのですが、割れ目から流れでた溶岩は、まるで練り歯磨きをチューブから押し出したように、細長い丸い枕のようになって、固まりながらも、次々とでてきます。これが繰り返されると枕状溶岩ができます。
 日沖周辺には、枕状溶岩と似たマグマの活動による火山岩類があります。貫入岩であるドレライトや火山砕屑岩などがあります。それらの関係は、近年明らかにされてきました。
 海洋地殻は、海嶺でのマグマによって形成されたものです。上部は海底の火山活動で、枕状溶岩からできます。日沖の枕状溶岩も同じような見かけの岩石です。ところが、この枕状溶岩は、海洋地殻の火山活動で形成されたものではなく、海溝付近の付加体の中で活動したマグマによってできたとされています。
 日沖の枕状溶岩と室戸岬の斑れい岩との関係は証明されていませんが、室戸岬の斑れい岩が付加体の堆積岩を貫いたのが海溝付近であったのと似ています。いずれも、列島の付加体の中でおこった不思議なマグマの活動となります。
 詳細は別の機会にしますが、フィリピン海プレートを形成した海嶺が、日本列島に潜り込んだ活動に起因しているものではないかと考えられています。これはプレートテクトニクスという大規模な活動なので、広域に起こった可能性があります。南紀の潮岬、足摺岬にも、付加体の中でマグマの活動が起こっているます。ただし、マグマの性質が少々違っているので、話はますます複雑なのですが。

・夏休み・
いよいよ、小・中学校は夏休みになりました。
大学は、まだ講義の最中のところが多いと思います。
我が大学も、来週はじめまで講義があり、
その後、前期の定期試験があります。
さらに、追・再試がその後にあります。
ですから、大学の夏休みは、8月のお盆前からとなります。
お盆明けには、前期の成績の提出が待っています。
教員は、それまでに採点をしなければなりません。
北海道とはいえ、一番暑い時期に試験や採点という
集中力を使わなければなりません。
学生も教員も大変です。

・熟睡・
北海道も夏らし天気が続いています。
乾燥しているので、過ごしやすいので助かっています。
夜は、窓を閉めなければ寒いほどです。
先日の蒸し暑い夏の日に、母が我が家に来ました。
北海道でも暑いだろうといったのですが、
京都から来た母は、そんなに暑くないといいます。
京都はもっと蒸し暑かったと、いっています。
京都の夏の暑さから開放されて、
ぐっすりと眠れているようです。

2014年7月17日木曜日

4_114 室戸岬2014 2:斑れい岩

 室戸岬のジオパークの面白さは、不思議な岩石がいろいろ見られることです。海岸沿いのきれいな露頭で、だれでも手軽に見ることができます。そんなポイントとして、不思議な斑れい岩があります。

 室戸岬では、付加体の典型的なタービダイトによる地層やその褶曲が見事さでもあるのですが、一番のメリットは、それが簡単に見られることです。タービダイト以外にも、まだまだ見どころがあります。その一つに、不思議なマグマの活動があります。
 海洋地殻が海嶺で形成されるとき、海底での火山活動、さらに下部にはマグマ溜まりがあり、深成岩や沈積岩などの多様な火成岩が形成されます。付加体には、そのうち海洋地殻上部にあたる火山岩の部分が、巻き込まれることがよくあります。
 火山岩より深部の火成岩が、付加体の中に持ち上げられることもあるのですが、そのようなものはオフィオライトと呼ばれます。付加体のオフィオライトは、沈み込む時に地質学的に激しい運動をして、断層として周りの岩石と接することになります。
 通常のマグマの活動では、地下のマグマが上昇した時、上のあった地層などとマグマが接することになります。そんなとき、マグマは冷たい岩石に接して、急冷して火山岩のように固まります。ただし、いったん急冷した岩石ができる、岩石は断熱性がいいので、内側のマグマはゆっくりと冷えていきます。このようにマグマが外の岩石に接したところだけが急に冷えた組織を「急冷縁」とよびます。マグマが、地層に貫入すると、境界部に急冷縁ができるのです。
 付加体のタービダイトによる地層は、沈み込み帯の陸側にたまります。一方、海嶺のマグマの活動場は、海洋プレートが形成されるところですから、ずっと遠くの海底ということになります。付加体では、陸のものと海のものが、激しい大地の営みが起こり、断層活動も盛んになります。ですから、生成場は全く違う火成岩とタービダイトの地層が断層で接していても、不思議なことではありません。
 ところが、室戸岬では、斑れい岩(深成岩)がタービダイトの地層の中に貫入しているのようすが、観察できます。斑れい岩が急冷縁をもっているのです。また、貫入されたタービダイトの地層は、マグマの熱に焼かれて変成岩(フォルンフェルスと呼ばれます)になっています。これは、なにを意味するのでしょうか。
 考えられることは、この斑れい岩のマグマは、タービダイトが形成されている場で活動して、貫入したということです。そこは、沈み込み帯の陸側になります。この活動は、海洋地殻やタービダイトの形成より、ずっと新しい時代のものであるはずです。
 斑れい岩から派生した火成岩(グラノファイヤーと呼ばれる岩石)の形成年代は、1440万年前(中期中新世)で、斑レイ岩もほぼ同じ年代にできたと考えられます。この年代は、まわりの地層の年代(前期中新世)より新しいものです。
 この室戸岬の斑れい岩は、非常に不思議な火成活動です。今までのプレートテクトニクスでは理解されにくいものです。でも事実ですから、認めるしかありません。室戸岬の斑れい岩は、海溝付近のマグマ活動でできたものです。
 問題は、今までのプレートテクトニクスの枠組みで、どのように考えるかということです。特別な仕組みですが、しばしばある活動でもあるようです。それは、別の機会にしましょう。

・台風一過・
北海道は台風の影響で少し雨が振り、
風も強まりましたが、
大きな被害はありませんでした。
その後は、風が少し残りましたが、
通常の夏空が広がりました。
いよいよ夏も盛りとなります。
皆さんも暑さには注意して下さい。
今週は1週間ほど母が来ています。
子どもの学園祭を見にいきます。
チャンスは今年と来年くらいしかなので、
なんとか見てほしいものです。
北海道が暑くなければいいのですが。

・緊急地震速報・
先日はじめて緊急地震速報を受信しました。
私のスマホと家内の携帯が次々との騒がしアラームがなり
緊急地震速報を伝えました。
家内は煮炊きの火をとめて、
私は、テーブルの下に入り、
テレビをニュースにしました。
緊急ニュースはながれ、苫小牧沖での地震だったようですが、
我が家はほほとんど揺れませんでした。
はじめての緊急地震速報でしたが
防災や避難のいい経験となりました。

2014年7月10日木曜日

4_113 室戸岬2014 1:先端の地層

 四国の南東の先端に室戸岬があります。ここは、海と陸が接するところです。そして、その陸は、昔の海のものでした。室戸岬は、海と陸、現在と過去が複雑に交わるところなのかもしれません。

 室戸岬は、四国の南東で太平洋に突き出た岬で、高知県室戸市になります。国道55号線脇にあります。国道55号は、四国のお遍路の道でもあり、室戸岬に背後の山には、24番札所の最御崎寺もあります。お遍路さんも観光客も、一本道国道を、海岸線にそって長々と進むことになります。
 室戸岬には何度かいっていますが、地質学の見どころがいくつもあり、なかなか見飽きないところです。室戸は、2011年には「世界ジオパーク」に加盟が認められています。そのため、地質の見学するためのサインや資料が充実しています。岬の海岸沿いの遊歩道には、いくつもの地質サイトがあるのですが、今回は岬の先端にある「互層」をみれるサイトを紹介しましょう。
 互層とは、砂岩と泥岩が繰り返している地層のことです。砂岩は白っぽく、泥岩は黒っぽい岩石で、それらが繰り返して重なっている、モノトーンの岩石です。砂岩は風化侵食に強いので出っぱり、泥岩は弱いので窪みます。この侵食への強弱が岩石の凹凸を生みます。
 さらに、大地の営みが互層に意匠に満ちた褶曲構造を与えます。
 室戸岬の最先端には曲がりくねった互層が見どころです。乱れた地層は、モダンアートのような天に突き出た形、座布団を重ねたような面白い形、硬い石なのに地層の中で砂岩がちぎれたり、変形したりし、様々な互層の形態を見ることができます。自然の不思議な造形の展示場のようになっています。
 このような地層の乱れは、地層が地下から地上に上がるときにできたものではなく、地下で醸造されたものです。
 もともと互層は、陸から運ばれた土砂が、タービダイトという海底の土石流のような流れで海底でたまってできたものです。タービダイトは、きれいな砂岩と泥岩の互層となります。しかし、そこで形成される互層は整然と平らに堆積した地層となります。それが室戸岬でみられるように乱れるには、それなりの理由があります。地層が列島に押し付けられたためです。
 四国沖には、フィリピン海プレートが沈み込んでいる南海トラフがあります。このトラフはゆるい傾斜の海溝のことで、海洋プレートと列島のプレートが衝突しているところです。海洋プレートはトラフに沈み込み、列島側のプレートは押され引きらずれるような場となります。
 陸からトラフまででたまった互層となっている地層も、もちろん、その影響を受けます。浅いところではそのまま陸に持ち上げられる地層もあるのですが、引きずれ込まれる地層もあります。
 引きずり込まれる度合いにより、地層は少し乱れたものから、グチャグチャになっていものもあります。グチャグチャになったものはメランジュとよばれています。メランジュでは、起源の違うさまざまな石が混在し、もともとの地層や岩石の構造も残っていないほど乱れます。
 室戸の別のところでは、整然と重なった地層が見られるとこもあります。ただし、室戸岬の地層は、少々、乱れた互層です。それが自然の妙を醸し出しているのです。

・暑い夏に・
北海道は夏がきました。
暑い日もありますが、清々しい日もあります。
私は、校務と原稿締め切りが忙しく
ばたばたして落ち着きません。
締め切りがあるのものが優先ですが、
校務もつぎつぎと来るので、
なかなか頭をじっくりと使っている時間がありません。
それでも、すべきことはあります。
やりたいことがあります。
それが、自分の存在証明にもなるのです。

・大変さの数・
いよいよ大学の前期の講義も
終盤になってきました。
この頃になると講義に関しては
だいぶ精神的に負担が軽くなります。
テスト作成、レポートやテスト採点、評価などが
夏休み直前、直後につぎつぎと訪れます。
学生たちも、テストや採用試験の結果なども
気にはなって落ち着かないでしょう。
いずこも大変さを数えあげれば、
キリがない、センがないことなのでしょうね。

2014年7月3日木曜日

3_132 ダイヤモンド 5:仮説

 いよいよオフィオライトの中のダイヤモンドが、どうしてできたかについてです。いろいろと重要な事実はわかってきました。まだ定説はありません。現段階では仮説になりますが、できかたについても考え方を紹介しましょう。

 さて、シリーズの最後になりました。いよいよオフィオライトのダイヤモンドが、どのようにしてできたかの謎解きです。定説はまだないので、報告の中心人物であるヤン(J.-S. Yang)たちの仮説に基づいて紹介していきます。
 これまで、紹介しなかった重要な事実が他にもあります。ダイヤモンドはクロミタイトという岩石のクロマイトという鉱物の中に形成されていることを、紹介しました。似たような産状で、クロマイトの中にカヤナイトやコーサイトとよばれる高温高圧でできる鉱物も見つかっています。他にも、ジルコン、コランダム、ルチルなどオフィオライトには通常ないような鉱物も見つかっています。
 オフィライトの形成場である海嶺という考えは、多くの証拠から多分動かしがたいものと思われます。ということは、これまで海嶺ではできないと思われるような鉱物が、オフィオライトにあったということは、海嶺でこのような鉱物ができる条件があるということになります。ただし、そのような鉱物を産出するオフィオライトは、少々わかった経歴のマントルになります。
 核(コア)の境界からマントル対流の上昇流にあたるプルームが、上部マントルと下部マントルの境界(遷移帯と呼ばれます)付近に上昇してきます。これは、海洋プレートを形成する重要なマントル対流となります。ただし、プルームは深さ、600kmくらいのところにいったん止まります。
 一方、マントルの遷移帯には、沈み込んだ海洋プレートが落ち込んで混じっているところもあります。沈み込んだ海洋プレートには、変質した海洋地殻や砕屑性堆積物、生物源堆積物なども混じっていることがあります。このような遷移層は、地球表層にあるような元素(炭素、あるみ、ケイ素など)によって「汚染」されている部分になります。つまり「肥沃なマントル」の要素があることになります。プルームが、そのような場に上昇してくると、その熱によって選択的に炭素などの多い流体(インコンパティブル元素に富んだもの)が抽出され、ダイヤモンドなどができる環境ができます。
 クロマイトは丈夫な鉱物なので、中にできた鉱物が分解することなく、上部マントル内の上昇流として海嶺の下にたどりつき、マグマだまりのなかでも溶けることなく、そのままクロミタイトとして沈殿していったと考えるのです。
 このような仮説をみると、いくつかの疑問はあります。ただし、可能性としてはあるかもしれないとも思えます。疑問としては、ダイヤモンドが上部マントを移動する時、なぜ低圧で安定な鉱物に変わらないのか。スピードが遅い上昇流なので相転移するはずです。他の高圧鉱物も同じです。
 この仮説を証明するには、現在の海洋プレート内で、ダイヤモンドを発見する必要があります。ところが、現在のボーリング技術では、海洋地殻までは達していますが、マグマだまりの底にあたるカンラン岩までは達していません。またボーリングは、狭い範囲しか見ることができません。見つからないことが無いことにはなりません。
 とりあえずは、地上にある海洋プレートの化石であるオフィオライトで調べるしかありません。日本列島にもオフィオライトは多数見つかっています。そこでダイヤモンド探しをしてもいいのかもしれません。とりあえずは、ヤンたちがやった大量の岩石を処理して、タイヤモンドがあるかどうかチャレンジすると面白いかもしれません。でも、徒労になる可能性もありますが。

・先入観・
今回のエッセイで紹介したダイヤモンドは、
今まであるはずがないと思っていた鉱物が、
見つかったことが発端でした。
先入観は怖いもので、
最初の発見論文も、先入観で否定されたという経緯もあります。
先入観なく研究することは、なかなか難しいものです。
前知識なく調査をするようなもので、
目的も定めず調査をすることになりかねません。
ですから、効率の悪い調査となります。
上で述べた日本のオフィオライトでのダイヤモンド探しは
見つかれば大発見となります。
海洋地殻の形成やマントル深部の構造などに
重要な貢献をするはずです。
でも、見つからないときは、徒労になります。
上記の仮説を、どの程度信じるかにかかってきますね。

・北海道の夏・
北海道は、ここ2、3日、夏めいて
湿度も高く、蒸し暑くなってきました。
夜も窓を開けて寝ました。
でも、暑くて寝れなくなるほどではありませんでした。
7月になり、急激に夏らしくなってきました。
いよいよ大学の前期の講義も終盤になってきました。
暑さに負けないで乗り切りましょう。