1_233 スノーボールアースの開始 6：従来の説

　全球凍結からの回復は、火山活動によって大気中に二酸化炭素が蓄積され、その温室効果によると考えられます。全球凍結からは、必然的に回復できることがわかってきました。では、全球凍結への契機は、なんでしょうか。

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　シミュレーションでは安定した状態であった全球凍結から、火山による大気中の二酸化炭素の蓄積によって、温暖化が起こりました。それは、必然的に起こる現象だったので、全球凍結からは必ず戻れることが示されました。では、どのような契機によって、全球凍結がはじまるのでしょうか。
　いくつかの要因が組み合わさって起こったと考えられてきました。一番の要因は、超大陸の存在です。
　原生代の11億年前には、大陸がほとんど一箇所に集まっており、超大陸（ロディニア超大陸と呼ばれていました）と呼ばれる状態になっていました。ロディニア超大陸は、赤道から南北に伸びる形で分布していました。大陸が一箇所に集まっていたため、海洋（パンサラッサ海と呼ばれていました）も一つだけになっています。そのような海と陸の配置は、海が一気に、そして全面的に、凍ってしまう状態でした。
　例えば、現在の海と陸の配置は、全球凍結になりにくい状態です。北極には海があるのですが、周辺は陸地に囲まれています。そのため、北極海が凍ったとしても、その凍結領域が外側に進出しにくい状態になっています。また、南極には大陸があり、現在も大半が氷に覆われていますが、陸にある氷床なので、夏には、周りの溶けてない海があり、氷と海が切り離されます。大陸が分散してるため、海が太平洋、大西洋、インド洋などに分かれています。海洋全体が北半球と同時に南半球も凍りつくことは難しくなります。ですから、ここ数百万年の間に、何度も氷河期が繰り返されていますが、全球凍結には進んでいません。
　全球凍結の直前、ロディニア超大陸は、原生代末の8億2500万年前から7億5000万年前にかけて、分裂をはじめていました。温かい地域に広がる大陸では降雨量も多く、陸地での風化作用が進んでいたところに、分裂によって河川や海岸線が広がり、さらに風化が進んでいきます。風化の結果、大気中の二酸化炭素が大量に消費され、温室効果も減っていきます。
　大陸は分裂していきますが、分布状態が超大陸の配置のままで、海がひとつで北極も南極にも海が広がっていました。極地で海が凍りだしすと、海全体が凍っていきます（負のフィードバックといいます）。いったんすべての海が凍ってしまうと、海を温めるための太陽エネルギーが海面で反射され（アルベドも一気に大きくなっていきます）、地球全体が短期間に寒冷化（暴走冷却）が進み、全球凍結に至ります。
　海が凍ると、水蒸気ができず、雲もできず、大気を通じた水の循環も停止し、大陸は干からびていきます。全球凍結のまま、地球全体は安定状態になります。
　以上のように、全球凍結になるためには、地球表層で地質学的特別な状態があったためだと考えられていきました。それだけでなく、新しい可能性があるという報告が2つ相次いで出されました。それは次回としましょう。

・夫婦で旅行・
今日から、夫婦で旅行に出かけます。
このエッセイも予約配信です。
退職後、校務や研究ではなく
のんびりと旅行を楽しみたいと思っています。
5泊6日間となりますが
ひとつの宿でレンタカーで
うろうろとしようかと思っています。
ただし、どこに行こうかなど決めずに
現地で、行き当たりばったりで
その日の行動を考えようと思っています。
こんな旅もいいのではないでしょうか。

・初夏のいい季節・
北海道は初夏のいい季節なりました。
朝、通勤している時、
快晴の抜けるように青空は
非常に心地よい思いで歩けます。
カッコウやヒバリの鳴き声も聞こえてきます。
初夏の花々も咲き出したました。
あちこち行楽にいきたくなります。
先日は中島公園とライラックまつりに出かけました。
平日だったのですが
海外からの人や高齢者の人も多かったです。
いい季節になったので、
行楽地はいつも混んでいますね。

1_232 スノーボールアースの開始 5：温暖化へ

　シミュレーションによる、地球では全球凍結も安定した状態であることがわかってきました。いったん全球凍結になると、温暖な状態に戻って来れません。しかし、温暖な状態に戻ってきています。なぜでしょうか。

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　地球表層のシミュレーションでは、全球凍結は安定した状態で継続することがわかってきました。つまり、全球凍結になると、温暖な状態に戻ってこれないことになります。地質学的証拠から、6億年前には、少なくとも2度の全球凍結が起こっていましたが、その度に温暖な状態に戻ってきています。地球には、全球凍結から、簡単に戻れる仕組みがあったはずです。どのような仕組みだったのでしょうか。
　全球凍結期の直後の地層の中に、海底に堆積した炭酸塩の厚い岩石層がありました。全球凍結の発見者のポール・ホフマンは、この岩石が、温暖化に戻ってくるための重要な地質学的痕跡と考えました。
　厚い炭酸塩岩の地層があるということは、大量の炭酸塩が沈殿したことになります。その炭酸塩は、大気中の二酸化炭素から海洋に供給されたと考えられました。気体の二酸化炭素は、固体の炭酸塩にすると、750分の1のサイズにコンパクトになります。ですから、全球凍結の時には、膨大な量の二酸化炭素が大気中にあったことになります。大気中の二酸化炭素は温暖化効果を起こします。全球凍結の時期中に大量の二酸化炭素が大気中に蓄積され、激しい温室効果を起こし、その効果が全球凍結を終わらせたと、ホフマンは考えました。
　では、その二酸化炭素はどこから供給されたのでしょうか。
　火山噴火にともなって放出されたガスが供給源だとしました。現在の火山ガスにも、二酸化炭素は含まれています。放出された二酸化炭素は、植物が利用したり、海に吸収されたりして、大気中の量は一定に保たれています。このような平衡状態が、地球の気温を一定に保っているメカニズムを担っています。ただし近年、人類が化石燃料の使用で、大気中の二酸化炭素が増加していますが。
　原生代にも現在と同様に火山の活動はしていたはずです。ところが、原生代には、陸上植物は存在せず、二酸化炭素を利用する生物も少なかったはずです。また、全球凍結で海も凍っていたので、二酸化炭素が海に吸収されることもありませんでした。火山から放出された二酸化炭素は、使われたり吸収されることもなく、大気中にたまるしかありません。二酸化炭素が、大気に多くなってくると、温室効果で気温が上昇していきます。
　やがて、海の氷が溶けはじめていきます。いったん温暖化がはじまると、強烈で急激な温暖化（暴走温暖化と呼ばれています）が起こります。大量の二酸化炭素が大気には溜まっていたので、溶けた海洋ができると、吸収されて、炭酸塩として沈殿していきます。大半の二酸化炭素が使用されてしまうまで、温暖化が継続していきます。
　つまり、全球凍結が起これば、一定期間その状態が継続することになり、大気中に二酸化炭素が蓄積されていきます。そして、その後には、急激な温暖化が必然的に起こってくることになります。つまり、全球凍結から温暖な状態には必然的に戻ることになります。
　では、全球凍結にはどうして起こったのでしょうか。次回としましょう。

・初夏・
わが町も、やっと夏めいた季節になってきました。
朝夕はひんやりしていることもありますが、
初夏と呼べる季節がやってきました。
札幌ではライラックまつりがはじまりました。
天気がよければ、でかけたいと思っています。
YOSAKOIから北海道神宮祭へと続きます。
北海道は一番いい季節が巡ってきました。
今年は、地元も催しに参加したいと思っています。

・思想史を・
現在、思想史、あるいは哲学史を
勉強しなおしています。
哲学史といっても、通史ではありません。
少し前は、仏教のうち密教と空海の真言でした。
現在は、合理主義と経験論、カントのそれらの批判
ヘーゲルの弁証法を中心としたドイツ観念論
のあたりの基本的なところを、学んでいます。
思索の詳細は難しいのですが、
概要を追いかけていくのならなんとかなりまそうです。
問題は地質学へどのように応用していくかが
もっとも重要だと思っています。

1_231 スノーボールアースの開始 4：安定状態

　全球凍結という状態は、地球の位置でも安定した状態でした。しかし、そこには大きな問題がありました。全球凍結になると、温暖な状態に戻ってこれないことでした。なぜ戻ってこれないでしょうか。

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　全球凍結が、なぜはじまり（契機）、どのようにして終わった（回復）かについては、難しい問題となっています。それは、地球表層の条件に関するシミュレーションの結果があったためです。
　地球の表層の条件に関するシミュレーションがあります。太陽からのエネルギーが地球を温めるための熱源となり、その熱源を地球表層でどのように利用されるかが、地球表層の温度を決定していきます。太陽系における地球の位置は、現在のように海が広く存在でき、氷床や氷河（夏でも溶けない氷）があっても少しある状態になれるほどの太陽からのエネルギーが届いています。
　地球表層の温度は、届いている太陽からの熱エネルギーだけでなく、熱ネルギーが表層でどのように利用されていくか、留まっているのか、放出されていくのかによって、大きく左右されます。それは大気の有無や成分、地表の条件により変化します。
　例えば、天気のいい日は、朝夕は宇宙空間にエネルギーが放出され、気温は下がりますが、昼間は太陽エネルギーがたくさん注ぐので、気温は上がります。曇りや雨の日になると、太陽光がささないので、昼間でもあまり気温は上がりませんが、朝夕でも気温が下がることがありません。これは雲が気温変化をさせない影響をあたえていることになります。
　気温を決める条件の中でも、地表の太陽光を反射する割合は、アルベド（albedo）と呼ばれ、0から1の値で示されます。現在の地球のアルベドは、0.3ほどです。この状態が地球では安定していることが、シミュレーションに確かめられています。
　ところが、もうひとつシミュレーションでは安定な状態があることがわかっています。それが全球凍結の状態です。全球凍結は、大きな問題がある安定状態なのです。
　全球凍結となると、海面や陸地の山岳地帯などが真っ白な氷で覆われることになります。寒いので大気中の水分は雪となり、海も湖、河川も凍っているため、水蒸気もほとんどなく、雲もなくなっていきます。こんな真っ白な状態になると、海洋や大気を温めることもなく、太陽光が反射され、宇宙空間に戻っていきます。アルベドも0.8くらいに大きくなると推定されます。この状態は安定していることも、明らかにされてきました。
　もしいったん全球凍結の状態になってしまったら、安定した状態なので、海のある状態に戻ってこれなくなります。実際にこれまで氷河期と呼ばれる状態があっても、海が一部しか凍ることはありませんでした。全球凍結というシミュレーションの結果があったのですが、海がすべて凍るような状態にはならないと考えられていました。
　しかし、地質学的に全球凍結が起こってきたことが明らかにされました。発見者のポール・ホフマンは、そこから簡単に戻る方法を示しました。それは二酸化炭素による温室効果によるもので、その証拠もありました。その詳細は次回としましょう。

・少し眼の調子が回復・
目の調子が悪くなり
先週まで頻繁に医者にかかっていましたが、
少しずつ回復してきています。
医者も2週間後まで様子を見ることになりました。
左目が見えにくいので、
どうしても右目に負担がかかり疲れてきます。
長時間、集中しての研究は難しくなりました。
今までの半分ほどのペースで
研究を進めていこうと考えています。

・長い老後・
退職以降、平日が自由に使えることになりました。
できる限り、週に一度くらいは
夫婦で過ごす時間として
使うようにしようと考えていました。
4月中旬からは、妻が体調不良になり
現在は、私が体調不良になりました。
ですから、あまり出歩けていません。
私が、少しずつ回復してきています。
今後は、少しずつ夫婦での時間を
取っていこうと考えています。
これから長い老後があるでしょうから、
のんびりと時間を使っていこうと思っています。

1_230 スノーボールアースの開始 3：何度かの全球凍結

　カンブリア紀までは、定量的な気温の推定が可能でしたが、それ以前の時代では定性的な推定になります。原生代には地球全体が凍ってしまうような、超寒冷化が起こっていたことがわかってきました。

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　これまで気温の推定法をいろいろ紹介してきました。カンブリア紀以前の連続的な気候変動は、定性的推定になっていきます。調べていく中で、激しい寒冷化が、原生代末に起こっていたことがわかってきました。
　この寒冷化は、現在から数100万年前から繰り返し起こっている氷河期とは、桁違いのものでした。その時期、赤道付近の陸地からも氷河の堆積物があり、赤道付近まで海洋はすべて凍りついていたと考えられます。全球凍結と呼ばれ、地球全体がまるで雪玉のようになっていたと想定されることから、「スノーボールアース（Snowball Earth）」とも呼ばれています。
　全球凍結の様子が、地質学的な証拠から推定されています。赤道付近の海まで1000mの厚さの氷がはるほど、寒かったとされています。もちろん夏でも解けることはありません。長い氷期が終わった後には、超高温期が訪れたと推定されています。
　その後、詳しく調べられていくと、全球凍結は、原生代末に少なくとも2回、7.2億から6億6000万年前（スタルティアン氷期 Sturtian）と、6億5000万から6億3500万年前（マリノアン氷期Marinoan）が起こっていることが明らかになってきました。そして、それぞれの氷期の特徴もわかってきました。
　スタルティアン氷期は、約5000万年もの非常に長期に渡り、寒冷化がもっとも厳しく、平均気温はマイナス40度以下で、赤道でも氷河堆積物が見つかっています。海洋では激しい酸欠が起こり、縞状鉄鉱層が堆積しています。その後の温暖化は顕著ではありません。
　マリノアン氷期では、全球凍結は起こっていたようですが、氷河は成長と後退が繰り返され、大きな気候変動が起こってい多様です。そして、氷が溶けたあとに、急激な温暖化が起こり、その時の平均気温40°Cまで達していました。温暖化によって、大気中の蓄積されていた大量の二酸化炭素が、海水に溶け込んで、炭酸塩として大量に沈殿していきました。やがて、炭酸塩の厚い地層（キャップカーボネートと呼ばれています）となっていきます。
　原生代末の全球凍結では、平均気温で80度もの気温差ができる、激しい気候変動となりました。このような2度の激しい寒冷化があったことは、多くの証拠から確認されてきました。
　他に、もう2つの全球凍結が起こった可能性が指摘されています。
　マリノアン氷期の後、5.8億年前のガスキアーズ氷期（Gaskiers）と呼ばれ、短期間（30万年間ほど）で局所的な寒冷化だった可能性があります。もう一つは、25億年前（原生代初期）のヒューロニアン氷期（Huronian ）と呼ばれるもので、非常に長期に渡り（24億5000万から21億年前）、一時期全球凍結が起こったと推定されています。
　なぜ全球凍結がはじまり、なぜ終了したでしょうか。それについては、次回としましょう。

・ゴールデンウィーク・
当初、ゴールデンウィークには、夫婦で、地元へ
何箇所か出かける予定をしていました。
しかし、いずれも、断念しました。
眼の調子がよくないのと
なにより天候が安定していないので
出かけることができませんでした。
曇ったり、雨が降ったり、寒い日が続きました。
晴れたとしても一時的で、不安定な日々でした。
そのため、大学と自宅と、
2度ほど買い物で街に出かけるだけでした。
そんな時期もあるでしょう。
これからは、平日にも出かけられますので、
よしとしましょう。

・仕事のペースを抑えて・
眼の炎症は、継続中です。
左目が、まだかすんでいます。
激しい炎症は少し治まったので
散瞳する目薬はささなくてよくなりました。
眼圧が上がってきており、
その治療が新たにはじまりました。
頻繁に病院にいっています。
そのため、最近は、仕事のペースが
ゆっくりとしたものになってきました。
むりせずに研究も進めていきましょう。
自宅でも作業できる環境を
構築していこうと少しずつ進めています。

1_229 スノーボールアースの開始 2：気温の定量値

　化石の分析から海水の温度が推定できました。そこから大気の温度の推定がされますが、直接気温を推定しているわけではありません。気温の推定はどうのようにすればできるでしょうか。

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　前回は、連続した地層中の化石を入手することができれば、殻化石の酸素同位体組成から、その地域の水温が定量値として推定できることを示しました。化石の生息環境から、海底や海面の温度が推定できました。海面の温度は、大気の温度を反映していることを紹介しました。しかし、化石からの推定は、大気の温度つまり気温を直接測定しているわけではありませんでした。
　直接、気温を探る方法もあります。同じ酸素同位体組成による仕組みを利用しますが、材料が氷です。極地では、毎年降雪があり年輪のような氷が堆積して氷床となります。降った雪がふかふかしており、空気を含んでいます。氷になっても、中にはその時代の空気も閉じ込められています。その空気はその地点の上空の大気となります。氷の中の空気を集めて、その酸素同位体組成を測定すれば、直接気温を計算することができます。
　氷の層を一枚ずつ数えるのは困難で、年代補正として、噴火時期のわかっている火山灰などの層（鍵層　キーベッドと呼ばれます）を手がかりに年代を定めて、時代ごとの気温を定量的に求めることができます。
　グリーンランドや南極などの氷床には、古い時代かたたまったものがあります。連続的に気温変化が測定されています。岩石と比べる氷にボーリングは楽なので、長いコア（氷の試料）が回収されています。そのような情報から、数100万年分くらいの気候変動が読み取られ、そこには氷河期と間氷期の多数の繰り返しがあったことも明らかになってきました。
　氷床が手に入る時代は100万年前くらいまでです。それ以前の数億年前などの古い時代の気温を推定することはできません。一方、地層中の化石であれば、数億年前までの化石もあります。しかし化石となるような生物が多量に生存していたカンブリア紀（5億3880万年前から）から以降の時代になります。
　カンブリア紀以前は、前回示した定性的な推定となります。有機物（生物由来の化合物）や特徴的な地層（縞状鉄鉱層やチャート）からえられる物質の酸素同位体組成から推定していくことになります。
　カンブリア紀以前には、大きな気候変動が見つかってきました。その内容は次回としましょう。

・桜は足踏み・
北海道もやっと桜の季節になってきました。
わが町では、ツツジがすでに開花していますが、
次が、桜となります。
ただし、最近天気の悪い日、肌寒い日が続き
少々開花も足踏み状態になっています。
桜のソメイヨシノは一番先に咲くのですが、
少し気の早い木は咲いているのですが、
多くは蕾状態です。
桜は一気に咲きますが、ツツジは長く咲いています。
今週は、妻と花見や野山に散策などに
出かけたいと考えています。

・眼の不調・
眼の不調は、悪化はしていないですが、
悪い状態で足踏み状態です。
何度も医者にいっているのですが
現在の治療を継続して、様子見の状態です。
無理せずに、時間をかけてゆっくりと
対処療法を続けていくことになりそうです。