Earth Essay　地球のささやき

2022年6月9日木曜日

4_167　火星研究への旅 12：シャーゴッタイト

　火星起源隕石のひとつのタイプとしてシャーゴッタイトと呼ばれるものがあります。その隕石が、火星のどこからきたのかを、突き止めようとした研究が報告されました。

　火星から飛び出して、地球にまで来て隕石となるためには、いくつかの過程あります。火星が固まった大地があり、そこに大きな隕石の衝突が起こり、そのとき飛び出した破片の一部が、火星の引力圏から飛び出し、太陽の引力にひっぱられて、火星より内側の軌道に入りました。それらの破片のうち、地球と交差したものが、隕石として地球に落下することになります。
　前回、火星起源の隕石が何種類かあることを紹介しました。複数の種類があるのは、飛び出した時代や場所に違いがあったことになります。当然、地球に落ちてこないものもあるはずです。火星から飛び出すような衝突が、何度かあったことになります。
　隕石の情報を読み取ることで、飛び出した場に対して、束縛条件をつけることができます。今回の報告は、シャーゴッタイトに関するものでした。シャーゴッタイトは火山岩ですが、枯渇したマントルで形成されたマグマからできたものでした。枯渇したマントルとは、火星形成時のままのマントル（始原的、未分化とも呼ばれます）ではなく、溶けやすい成分が抜けたマントルから形成されたマグマとなったものです。地球では海洋地殻を形成するようなマグマに相当します。また、その形成年代も数億年前であること、また110万年前に衝突があったこともわかっています。
　火星では、プレートテクトニクスが働いていなかったので、マントルプルームという対流が起こっており、その対流の上昇が枯渇したマグマの活動場になりそうです。
　火星から飛び出したのであれば、隕石に相当する衝突クレータがあるはずです。隕石の情報をもとに、クレータ探しをしていくのですが、どのクレータからそれぞれの火星起源隕石が由来したかを特定するのは非常に難しいものでした。今回、それを特定したというのが、ラガイン（Lagain）さんらの論文になります。

・遅ればせながら・
調査にでていたので、てっきり、その前に
本メールマガジンを予約配信しているものだと思っていました。
ところが、週末に次のメールマガジンを書こうとしたら
発行していないことに気づきました。
今まで毎週かかさず発行してきたのですが、
ついに発行忘れをしてしまいました。
用意していたので、残念です。
遅ればせながら発行します。

・野外調査再開・
先週末から月曜日にかけて
道南へ野外調査にでかけました。
その様子は別の機会に紹介しましょう。
今回「地球地学紀行」として火星研究の旅を
シリーズで続けているのは、
なかなか調査にでかけられないためでした。
しかし、今季から野外調査には
出かけられるようになってきましたので
そろそろ紹介できるものもでてきそうです。

2022年6月2日木曜日

4_166　火星研究への旅 11：SNC隕石

　火星の岩石はいまだに持ち帰ることはできていません。しかし、火星起源隕石があるので、それを用いて岩石学的研究ができます。火星のどこに由来するのがわかっていなかったのですが、最近特定されてきました。

　アポロ計画で月から岩石を持ち帰っています。実物資料があるので、詳しく調べることができて、他の天体の岩石は、イトカワとリュウグウから無人探査機が試料を持ち帰りました。小惑星だったので、重力が小さいため、タッチダウンの後、簡単に離脱することができました。また、無人探査機だったので、生命体が乗っていないため、そのためのシステムが不要で、長い時間を要しても問題はありませんでした。
　火星には多数の探査機が訪れていますが、火星の岩石はいまだに地球には持ち帰られてはいません。火星は大きな天体なので、重力も大きく離脱するために、多くの燃料が必要になります。また、遠くなので、地球に戻るためにも燃料が必要になります。そのため、岩石を入手するのが難しくなります。
　しかし、幸いなことに、火星から飛び出して地球に落ちた岩石が見つかっています。火星起源の隕石です。
　火星起源とされている隕石が何種類があります。SNC（Shergottite シャーゴッタイト、Nakhlite ナクライト、Chassignite シャシナイト）と呼ばれるものに区分されています。斜方輝石岩（Orthopyroxinite）も火星起源です。隕石のデータベースで検索すると、火星起源と考えられているものが334個もでてきます。また、斜方輝石岩のAllan Hills 84001からは、化石のようなもの見つかって話題になったことがあります。
　そもそも火星起源を決定づけたのには、いくつかの根拠がありました。通常の隕石は45億年前の年代を示すのですが、火星起源の隕石は、若い形成年代（shergottiteは6億5000万～1億6500万年前、nakhlaとchassigniteは13億年前）を示しました。マグマから結晶ができて火成岩ができるのですが、火成岩の組織として、重力のあるところ（大きい天体）で形成されたものになっていること、高圧下（大きい天体）でのマグマが形成されたことを示す鉱物組成をもつこと、酸化度の高い鉱物と含水鉱物をもつこと、火星の表面の岩石の化学組成にも似ていることなど、さまざまな証拠があるため、火星起源と考えられています。
　2021年11月のNature Communications誌に、ラガイン（Lagain）さんらの共同研究で
The Tharsis mantle source of depleted shergottites revealed by 90 million impact craters
（9000万個の衝突クレータから明らかにした枯渇したシャーゴッタイトのタルシスのマントルが起源）
というタイトルでした。シャーゴッタイトという火星起源の隕石が、タルシスのマントルから由来したことを特定したというものです。
　隕石の火星由来はいろいろな証拠があったのですが、飛び出したクレータの場所が特定されたということになります。その方法は次回としましょう。

・野外調査・
今週末に、調査にでます。
今回は道南方面です。
コースとしては何度も通っているところですが、
目的が違っているので、
見るところや見方が変わってきます。
今回は、通常の火山とカルデラを伴う火山
そして、古い付加体中の地層と地層を見ることです。
野外調査がやっと自由にでききるようになって助かっています。

・涼しい週末・
本州では暑い日なっていたようですが、
先週末は、北海道では風雨が激しく、
気温も低目になっていて肌寒く感じました。
さすがにストーブをつけることはありませんでしたが、
冬の室内着を出して着ていました。
布団も夏の肌掛けだけでは寒いので、
毛布をかけてちょうどいいくらいでした。
変わりやすい天気です。

2022年5月26日木曜日

4_165　火星研究への旅 10：コーティングの形成

　火星の岩石の表面に、2種類のコーティングが見つかりました。それらのコーティングは、どのようなもので、いつ、どこでできたのでしょうか。謎は、解決はできていませんが、将来、重要な情報をもたらすかもしれません。

　前回、パーサヴィアランスは、紫色と黒色のコーティングされている岩石を発見したことを紹介しました。紫色のコーティングには酸化鉄があり水素とマグネシウムを多く含み、黒いコーティングにはマンガンを多く含むことがわかっています。
　紫色のコーティングの水素の存在は、水が関係している可能性があります。また酸化鉄も、鉄の酸化（酸素の存在）だけでなく、水の存在も予想されます。
　そもそもパーサヴィアランスが降り立ったこのジェゼロ・クレーターは、直径約50kmほどの大きさがあり、かつては湖であったと考えられているところです。したがって、ある時期までは、水があってもいいところになります。
　一方、黒色のコーティングされた岩石に似たものが、地球でも見つかっています。それは、乾燥した地域の露岩の表面に、黒色から茶色まで色が変化していくようなコーティングのされた岩石が見つかっています。「砂漠ワニス」と呼ばれているものです。火星のコーティングの色や、成分のマンガンが、砂漠ワニスと似ています。
　地球の砂漠ワニスは、岩石の表面で、環境条件の安定したところに形成されます。コーティングが一旦形成されると、表面は安定し、風化にも耐えられるようになります。砂漠ワニスの主な成分は、粘土と鉄とマンガンの酸化物からできています。
　粘土は、大気や流水などで風化が起こっているところにできるものです。またマンガンは、地殻では少ない元素なので、なんらかの濃集のためのメカニズムが必要になります。地球にはマンガンを利用して生きている生物（放射線耐性菌）もいて、そこには砂漠ワニスができることもあります。
　火星の黒色のコーティングのでき方も、同じようなメカニズムでしょうか。もしかすると黒のコーティングは、火星生物の痕跡の可能性もあります。ですからそこから化石が見つかるかもしれません。まだ不明でが。
　以上の可能性や推測から、次なようなシナリオが考えられます。クレーター内に水のあった時代に、紫のコーティングが形成されます。その時期には生物が誕生していました。クレーターの水が減少していき、乾燥しはじめてくると、生き残った生物が、黒色のコーティングをつくっていきます。それをパーサヴィアランスが発見しました。まあ、これは架空のシナリオですが。
　不思議なことがあります。パーサヴィアランスは、クレーターの火成岩の上を走行しています。そこは、堆積物がまたっているような場所ではありません。したがって、火成岩地帯に、このような水に関係したコーティングされた岩石があることが不思議です。このコーティングされた岩石が、どこから来たのか、いつ水に接触したのか、不明です。
　保存された試料が、いつの日か地球に持ち帰られ、その謎が解かれるのを期待しましょう。

・予約発行・
先週末から、野外調査にでていることは
前回のメールマガジンで紹介しました。
野外調査後、このメールマガジンが発行される前日まで
校務出張が2日連続して入ってきました。
そのため、このエッセイは予約発行をしています。
この予約発行のシステムがあるので本当に助かります。
今ではインターネットに繋がる環境が
どこでも当たり前に手に入ります。
野外調査の最中でも発行は可能ですが、
やはり疲れているのと、宿でも作業があるので
メールマガジンのための作業は難しいです。
幸い出かける前に予約できるので、
野外調査に集中できます。
本当に、助かっています。

・島の調査・
当初、今年度の野外調査では
北海道の島をいくつか巡る予定をしていました。
5月の調査である島は泊まる計画しました。
もともと宿が少ないのと、行楽シーズンではないの時に
やっていないことがわかり諦めました。
コロナの影響でしょうか。
また6月にいく予定のもう一つの島は、
フェリーの時間を見ると、昼に島に入り、
朝に出るという運行になっています。
フェリー発着地まで自宅から半日かかるので
講義の合間にでかけるには、
島で半日しか調査できなくなるので諦めました。
そのため、今年度は前半は、車で自由に移動できる
道内の調査に切り替えました。
なかなか当初の予定通りにはいかないものです。

2022年5月19日木曜日

4_164　火星研究への旅 9：コーティングの発見

　前回は、火星の表層を探査しているパーサヴィアランスを紹介しました。ローバーが観測をはじめてから、1年ほどです。ローバーの観測から、成果がではじめてきました。そのひとつを紹介します。

　探査機ローバーのパーサヴィアランスの成果が、2021年12月のアメリカの地球物理学連合（AGU）の学会で発表されました。探査機が降り立った地域の岩石の特徴を報告したものでした。2021年2月に到着して1年にも満たないのですが、成果がではじめてきました。
　パーサヴィアランスにはマストカムZというカメラが搭載されています。特定の波長を遮断するフィルターをつけて、撮影できます。そこから、ある程度組成を推定することができます。また、スーパーカムは、2つのレーザー、4つの分光計を使用して、岩や土壌の化学成分を測定できます。
　ローバーは、ジェゼロ・クレーターに着陸し探査しているのですが、火星の表面は、基本的にサビの赤っぽい色をしています。そのような赤の中に、紫色をしている岩石があることを発見しました。紫色の部分が、中の岩石よりも柔らかく、化学的に異なる物質の層が存在していました。紫色の部分は、岩石をコーティング（被覆）していることがわかりました。
　このコーティングは、特別な岩石にだけみつかるものでなく、いろいろな形やいろいろなサイズの岩石にもあることがわかってきました。ローバーの探査したところで、至るところにみつかっています。少なくとも、このクレータでは、よくある現象となります。この紫色のコーティングは、どうしてできたのでしょうか。
　マストカムZの画像では、酸化鉄のようなものの可能性があり、スーパーカムの画像からは、水素とマグネシウムを多く含んでいそうなことがわかってきました。
　火星での岩石のコーティングは、1970年代のバイキング（火星に着陸したNASAの探査機）ですでに見つけていました。黒っぽい斑点が見つかっていたのですが、表面の汚れではないかとも考えられていました。
　今回、パーサヴィアランスは、黒っぽいコーティングされているものも見つかっています。ですから、バイキングが発見したものがコーティングであることが判明しました。黒っぽいコーティングはマンガンを多く含むことがわかっています。
　2種類のコーティングは、どういう意味があるのでしょうか。次回としましょう。

・初夏・
北海道は遅咲きの桜も終わり
若葉の季節になりました。
先々週末に最後の桜を見いくつもりでいたのですが、
天気が悪く風も強かったので諦めた。
先週末に晴れたのやっとでかけました。
予想通り桜は終わっていましたが、
若葉の季節となっていました。
北海道にも初夏がきました。

・野外調査・
明日から調査にでかけます。
今シーズンはじめての野外調査です。
コロナ感染はおさまってはおらず
レベル2で警戒の状態のままです。
一方でGotoキャンペーンもあります。
ブレーキとアクセルを踏んだ状態でもあります。
泊まるところは仕方がないのですが、
野外調査なので、
人があまりいないところを周る予定です。
久しぶりの野外調査なのでワクワクします。

2022年5月12日木曜日

4_163　火星研究への旅 8：パーサヴィアランス

　火星研究では、地表での探査機が重要な役割を担っています。探査機の打ち上げは、長い期間かけて準備されたものです。COVID-19の感染爆発であっても、予定通り打ち上げはおこなわれました。

　火星では、パーサヴィアランス（Perseverance）と名付けられたローバーが、活動しています。ローバーは、NASAが打ち上げたもので、ジェゼロ（Jezero）クレーターの中に着陸して探査するためです。2020年7月に打ち上げられ、2021年2月には着陸して、現在も探査を進めています。
　ローバーには、7つの観測装置と19台のカメラ、2つのマイク、そして小型のヘリコプターも搭載しています。
　ローバーの目標は、生物探査と将来の探査のための準備です。
　生物の探査に関しては、微生物が生息できるような環境が、現在もしくは過去に存在したかどうか、かつて存在してかも知れない生命の痕跡を探すことです。それらを搭載された各種の装置で調べていきます。
　ただし、観測装置だけでは調べきれないので、将来のために重要な痕跡もっていそうな岩石のコア（岩石を掘り抜いたもの）とレゴリスとよばれる土壌を試料として採取していきます。それらの試料は、火星表層に保存しておきます。保存した試料は、将来回収し、地球に持って帰ろうと考えられています。
　将来、人が火星探査するために、大気から酸素つくる実験もしています。固体酸化物形電解セルという装置を用いて、大気中の二酸化炭素を電気分解して、酸素をつくる試みです。2021年4月には、その実験が成功しています。その結果、この仕組みを大規模に展開することで、火星の大気から、人の呼吸用や推進剤のための酸素、また水素と化合させることで水もつくる見通しができたことになります。
　小型ヘリコプターは、インジェニュイティ（Ingenuity）と呼ばれ、カメラだけを搭載したものです。太陽電池で、薄い大気の中での飛行実験が成功しました。薄い火星大気中を、自由に飛び回ることができたことが重要です。将来、ドローンによる探査や運用の可能性を拓いたことになります。カメラでローバーのコース選定の情報を提供しました。
　ローバーは、その名の通り、「忍耐強く」探査や実験しながら、移動しています。そこで不思議な現象を発見しています。その詳細は次回としましょう。

・テレワーク・
パーサヴィアランスの打ち上げは、2020年7月で、
アメリカの含めてCOVID-19の感染爆発の最中でした。
各地でロックダウンが起こりました。
打ち上げもリモート、テレワークで進められていました。
メンバーのテレワークの写真も示されています。
家庭や家族も写っている
一見微笑ましい画像もありますが、
大変はストレスだったと思います。
成功してよかったです。

・休暇・
長いゴールデンウィークが終わりました。
期間中の2日の平日を休みをとることで
10日間の長い休みとなっている人もいるそうです。
我が家も夫婦で休暇をとりました。
北海道のある地域に7日間、滞在しました。
のんびりとした時間を過ごしました。
たっぷりと睡眠時間をとることができ
頭も体もリフレッシュしました。
ただ、もう日常に戻っていますが。

2022年5月5日木曜日

4_162　火星研究への旅 7：熱的進化

　火星のリンクルリッジの形成年代には、偏りがありました。この年代の偏りは、何を意味しているのでしょうか。リンクルリッジから、火星と地球の違いが垣間見えてきました。

　リンクルリッジとは、天体表面に形成されているシワのような地形です。火星では、リンクルリッジは、火山の周辺に多数形成されていました。そこから、火山活動が終わったあと、周囲の地殻が収縮したり、歪むことで形成されたと考えられています。
　集中している27箇所でリンクルリッジで、それぞれの形成年代を正確に決めていくと、38～25.2億年前の間に形成されていることがわかってきました。中でも特に、35.9～35.5億年前にもっと多くできていることがわかりました。
　もし各地のリンクルリッジがバラバラの年代を示すのであれば、それぞれの火山の活動時期の終焉を示していることになります。ところが、リンクルリッジ形成時期は、ある時代に集中していました。その年代の偏りには、どのような意味があるでしょうか。
　時代の偏りとは、火星全体で同時期にリンクルリッジができていることになります。これは、火星全域で火山活動が一気に停止したことを意味します。火星の内部の条件で、ある時期集中的にマグマが活動して、その後活動が停止するような状態に移行したと推定できます。
　このような火星内部の冷却の歴史は、天体の地質活動の変遷となるはずです。これが論文のタイトルにも使われていた「熱的進化」と呼ばれるものです。
　38億年前より古い時代にはリンクルリッジが見られませんでした。この時期にも火山活動があり、形成されていたはずです。火星の創生期には、大気や水が存在し、雨が降り、川ができ、海がありました。そのため侵食作用が強く働いていた時期でした。多数あったはずのリンクルリッジが、初期のものは消えてしまったと考えられます。
　38億年前ころには侵食作用がおさまり、36億年前から火星内部の熱の放出によって一気に火山活動が激しくなり、4000万年ほどでで活動がおさまり、火星全体が収縮する時期になります。そして、25億年前には火星内部にはマグマができるような条件がなくなり、火山活動が停止します。
　35億年前には火星では激しい火山活動が終わっています。ところが地球では、やっと岩石などの記録が残ってくる時期に移行します。これ以降、地質活動が記録に残されていきます。地球には大気や海洋が豊富で、常時、古い地形を侵食していくのですが、大陸の内部には古い岩石の断片が残されていました。そこから、地球の地質活動の歴史が読み取られてきました。

・のんびりと・
前回紹介しましたように、
現在、夫婦で田舎に1週間ほど滞在しています。
そのため、このエッセイは、予約配信しています。
コロナ感染を避けながらが、
ひっそりとのんびりと過ごしています。
北海道はやっと桜の季節になりました。
滞在している田舎の桜前線はどうでしょうか。
晴れて桜が咲いていれば、いいのですが。
人のいないところをうろうろしながら
春を満喫するつもりです。
家内は地元で漁港で取れた
おいしい魚を楽しみにしています。
地元でテイクアウトできる店を探して
いこうとも考えています。
こんなにのんびりできるのは3年ぶりでしょうか。
楽しもうと考えています。

4_162　火星研究への旅 7：熱的進化

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