2_210 生命誕生の条件 5：後期重爆撃

　過去の地球、それも形成直後の地球の姿を探るため、月の情報が役立ちそうです。月は地球についで、データや情報が多い天体なので、そこから過去の地球の姿が探求されています。

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　地球は「ドライで裸」の状態からスタートしたことは、前回紹介しました。現在の地球とは、あまりにもかけ離れた姿でした。これは、小惑星の構成岩石や原始太陽系における太陽からの距離による条件から想定された姿でした。
　現在の地球になるためには、どのような事件があったのでしょうか。まず、地球の衛星の月に着目します。月は、小さいため内部にあった熱は、すぐに放出されてしまっており、地質学的活動は初期に終わっています。また、大気や海洋がないので、侵食はありません。月を見れば、地球軌道上で起こった大きな天文現象の痕跡が残っており、読み取れるはずです。
　月の特徴として、常に同じ面を地球に向けています。地球側には、黒っぽく見える「海」と、白っぽく見える「高地」と呼ばれているところとがあります。裏側は高地ばかりが広がっています。海にはクレータが少なく、高地にはクレータが多くなっています。海は、大きなクレータの地形や形状をしています。天体の衝突クレータができ、そこをマグマが埋めて新しい大地が海となりました。そして、時間経過ととも、新たなクレータが形成されたよう見えます。
　アポロ計画で人類が月に降り立ち、各地の岩石を持ち帰っています。岩石があれば、その特徴や正確な年代を調べることができます。海のクレータの中の岩石は新しい玄武岩で、高地は岩石は古い斜長岩であることがわかってきました。
　大きな天体に小天体（隕石）が落下するとクレータが形成されます。もし、隕石の落下が一定の比率だったとすると、一定範囲のクレータの数（数密度と呼びます）と、その大地のできた時期が、相関することが想定されます。海の岩石の年代とその地域のクレータの数密度の相関関係がわかれば、それ以外の地域での形成年代が推定できます。クレータの数密度から大地の形成年代を見積もる方法をクレータ年代学と呼びます。
　大きなクレータの形成年代を見積もっていくと、一様ではなく、ばらつきがあることがわかってきました。ばらつきは,ある時期に集中的にクレータ形成が形成されたことを示していました。
　月が形成された少し後に、クレータが多数形成されたことになります。そのような現象は、小天体が多数落ちてきて、まるで重爆撃がおこったようなので、「後期重爆撃（LHB: late heavy bombardment）」、あるいは「月面激変」と呼んでいます。
　後期重爆撃が、地球の表層変化にどのような影響があったのでしょうか。次回としましょう。

・雪虫・
先週の晴れた日には雪虫が多くでていました。
雪虫は、白い綿のようなものを見つけているので
白い雪が舞っているように見えます。
北海道では雪虫が舞うと雪が近いといいます。
雪虫は飛んでいるのですが、
か弱くハラハラとしが飛びません。
そのため、歩いていると、人に衝突してしまいます。
顔についたり、目や口に入ったりします。
衣服についても離れないので
薄い色の上着やコートを来ていると
雪虫が目立ちます。
潰すとシミになるので、
注意して払わなければなりません。
しかし、雪虫の発生もほんの一時期なので
風物詩となるのでしょうかね。

・野外調査・
今週末から今シーズン最後の野外調査にでます。
雪がない地域として北海道の南部にしました。
渡島半島を一周して、もどってきます。
何度もでかけているところですが、
古い岩石からなる付加体、
新しい活火山もいくつかあるので
同時に見て回ります。
野外調査は、寒い時は大変になるのですが
最後なので楽しんでこようと思っています。

2_209 生命誕生の条件 4：E コンドライト

　生命の前駆物質を合成するためには、非常に多様な条件が必要でした。最近では、地球の材料にも新しい考えが登場してきました。その材料から考えられる初期地球は、今まで想像されたことのない姿でした。

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　生命誕生の条件には非常に多様なものがあり、ひとつの場での合成は不可能のようです。これまで、ひとつの材料、ひとつの場で生命を合成していくことを考えられてきましたが、それは難しいようです。次に、地球の材料と初期の環境が、これまで考えられていたものではなさそうだ、ということがわかってきたした。それを紹介していきましょう。
　これまで、地球の材料は、炭素質コンドライトだと考えられてきました。炭素質コンドライトには、中に大気の成分（二酸化炭素、窒素）、海の成分（H2O）、そして地殻・マントルになる岩石の成分、核の成分（金属鉄）など、すべてが含まれています。炭素質コンドライトが材料ならば、地球ができると考えられてきました。
　現在の太陽系では、地球に水が存在できますが、太陽系の形成時にも同じ条件だったのでしょうか。
　太陽系形成のころの条件を考えていくと、太陽の輝きが不安定で、かなり激しく輝く時期もありました。その証拠として、隕石のコンドライトがあります。コンドライトは、それまであった固体成分がすべて溶さかれています。その後、その後液滴として固まっり集まったものがコンドライトです。当初、太陽系を覆っていた原始太陽系ガスも、初期にすべて吹き飛ばされています。
　太陽の輝きが激しくなっていた時期、地球軌道は非常に温度が高かったときがあったと考えられます。
　現在の小惑星帯を見ていくと、炭素質コンドライトも多数存在しています。その軌道をみていくと、太陽に遠い側に炭素質コンドライトがあります。太陽に近づくと、H2Oを含まない隕石タイプになっていきます。小惑星帯で太陽にもっとも近い内側には、エンタタイト（頑火輝石）コンドライト（E コンドライトと略されています）が多くなっていることがわかります。E コンドライトは、H2Oをまったく含まない特異な隕石で、小惑星帯でも隕石でも稀なものです。
　以上のことから、冥王代の地球軌道には、H2Oや揮発成分を含んだ物質は存在できないと推定できます。地球軌道は、非常に乾いた（ドライ）な物質しかなかったと考えられます。地球軌道では、E コンドライトのような物質があり、それが材料になったのではないかと考えられてきました。
　そうなると、できたての地球には、海（水）も大気（二酸化炭素、窒素）もない「裸」の岩石惑星だったことになります。炭素質コンドライトであれば、地球のすべての素材があらかじめ揃っていたのですが、E コンドライトからできたとなると、「ドライで裸」の地球からのスタートとなります。
　そこから現在の、海と大気、生命のある地球になるのは、いくつもの事件が必要になりそうです。次回としましょう。

・E コンドライト・
E コンドライトは稀な隕石です。
小惑星帯は炭素質コンドライトが存在する環境で
E コンドライトはないところだったためでしょう。
E コンドライトは、エンタタイトと金属鉱物からできています。
エンタタイトは珪酸塩鉱物で
鉄含有量が少ないですが
鉄は金属や硫化物に含まれています。
この隕石は、非常に還元的で酸素の少ない条件で
形成されたことになります。
地球もそのような位置にあったと考えられます。

・道東の調査へ・
このエッセイは、週末から野外調査にでているので
予約配信をしています。
道東の山に入っていきます。
道東にたどり着く前には、
日高山脈を超える狩勝峠があります。
自動車道では、トンネルになっているため
雪の影響はかなりましになっています。
トンネルの前後には、長い上り下りの道があります。
積雪があれば、冬タイヤでないとだめでしょう。
もちろん冬タイヤにしてでかけます。

2_208 生命誕生の条件 3：多様な合成条件

　ハビタブルゾーンからハビタブルトリニティは、生命誕生の条件をより限定していくものでした。しかし、ハビタブルトリニティは、生命誕生のための必要条件にすぎず、もっと多くの条件が必要になります。

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　ハビタブルトリニティとして、海の存在だけでは生命は誕生できず、大陸や大気も必要になることを示していました。ハビタブルトリニティとは、生命の材料を供給していく場を考えたとき、必要条件になります。しかし、それだけでは足りません。生命の材料から前駆物質をつくるには、物質が流動、循環していなければなりません。そのためにはエネルギーも必要になります。さらに、いろいろな反応が起こし、進めるには、化学的条件も必要です。そのような各種の条件が整っている必要があります。
　生物の前駆物質がどのような化学反応でできてきたのかを検討するために、実験室でその物質を合成していく研究分野があります。材料となる物質から目的の化合物を、自然界にありそうな条件で合成していきます。その時、個々の化合物を合成のために、多様な条件が必要になることがわかってきました。Kitadai and Maruyama（2018）によると、次の8つの反応のための条件が、必要だとわかってきました。
　還元気相、アルカリ性pH、凍結温度、淡水、乾燥/乾燥-湿性サイクル、高エネルギー反応との結合、水中での加熱-冷却サイクル、そして生命の構成要素と反応性栄養素の地球外から流入、の8つの条件です。反応によって、これらの条件がいくつか組み合わせが必要になることがもあります。
　例えば、ヌクレオチドからオリゴヌクレオチドを合成するには、アルカリ性pH、水中での加熱-冷却サイクル、高エネルギー反応との結合、凍結温度などの条件が必要になります。
　生命誕生の場では、それぞれの反応で、必要な条件を満たさなければなりません。複雑で多様な合成の環境がなければなりません。いずれの環境でも、大きなエネルギーが与えられて有機物ができたとしても、100℃以上の高温になると分解されていきます。そのため、エネルギーを与えながら、できた有機物は高温にされない状態にしなければいけません。
　生命誕生の場として、これまで深海の中央海嶺の熱水噴出孔が有力でしたが、エネルギーが足りなさうです。火山地帯や干潟なども考えられていました。いずれも単独の場所では、生命の前駆物質となる多様な化合物はできそうもありません。材料となる必要な化合物が必要な時に、それぞれの環境に供給されなければなりません。
　必要な多様な条件の場に、必要な材料物質が、次々に供給されていかなければなりません。このような条件を考える、生命の前駆物質を実験室のようにつるくことは非常に難しいものです。そのためは、多様な条件の環境が近接して多数あり、お互いに物質のやり取りが頻繁におこなわれ、試行錯誤が無数に繰り返されている必要があります。そんな場は都合のいい誕生の場とはどんなところでしょうか。

・短い秋・
北海道は10月になってから、
北海道は一気に秋が深まりました。
紅葉も進んでいます。
通勤の道すがら見える山並みでも
冠雪が何度も起こっています。
今週末には峠越えをして、調査でかけます。
来月にも調査を予定しているのですが、
今年は秋が短そうです。

・日常へと・
サバティカルから戻ってきて
すぐは戸惑っていましたが、
大学での日常にもだいぶ慣れてきました。
講義も1月あまり進んだので、
講義のための感覚も体力も
やっと戻ってきたようです。
一日3講ある日は、さすがに疲れます。
そんな疲れる日も
日常へとなってきつつあります。

2_207 生命誕生の条件 2：ハビタブルトリニティ

　ハビタブルゾーンは天体での水の存在だけを考えていました。それに比べて、ハビタブルトリニティは、より条件を加えることで、生命誕生の場や環境を限定していく考え方です。

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　前回、生命誕生には、ハビタブルゾーンだけでなく、ハビタブルトリニティの考えが必要だという話をしました。では、ハビタブルトリニティとは、どのようなものを指すのでしょうか。みていきましょう。
　生命誕生には、液体のH2O、水（海洋）は必要不可欠ですが、量も考慮しなければなりません。水の量が多ければ、天体の表層がすべて海洋となります。また、水が少ないと、海が小さく点在したり、満ち引きが激しかったり、時には干上がったりすることもあるでしょう。生命誕生には、安定した海洋がなければなりません。
　生命の材料は、水の中で合成され、育まれていくと考えられます。そのため、安定した海は不可欠です。しかし、水だけが、生命誕生の十分条件ではありません。他にも必要な要素があります。ハビタブルトリニティでは、大気と大陸（大きな陸地）も必要だと考えました。
　生命を構成している元素をみていくと、多い順に、炭素（C）、水素（H）、酸素（O）、窒素（N）の4元素で96%に達するので、主要成分となります。酸素と水素は、海洋から供給されます。それ以外の炭素と窒素は大気から供給できます。しかし、量は少ないですが、生命に成分として、イオウ（S）、リン（P）、カルシウム（Ca）、マグネシウム（Mg）、カリウム（K）、ナトリウム（Na）の順になっています。これらの元素を合わせて99％を占めます。
　リン（P）、カリウム（K）、アルミニウム（Al）、カルシウム（Ca）などは、大陸の形成している花崗岩がもっている成分で、大気の風化作用や河川の浸食、運搬作用で海へと持ち込まれます。花崗岩は、大陸地殻を構成する岩石です。生命の材料の供給源として、大きな大陸地殻がなければなりません。
　ハビタブルトリニティとして、海洋、大気、大陸が必要となります。これらの三者が共存しながら、常に物質が流動し、循環していなければなりません。循環にはエネルギーが必要です。太陽エネルギーが、地球表層の水の循環をさせています。水の循環だけでなく、物質を合成するエネルギーが必要になりますが、それは太陽光だけでな足りなさそうです。
　それについては、次回としましょう。

・道内の調査・
先週末から野外調査にでていました。
研究計画に北海道に3回の調査を予定していました。
実施のための費用には問題はありません。
ただ、時期が問題となります。
9月までサバティカルで四国の調査をしてました。
北海道では、すでに初雪のニュースはありました。
雪がありそうな峠越えをするりなら、
冬タイヤに交換しなければなりません。
そのため、雪が降りそうな峠道を
10月に終わらせて、
最後は雪の少ない道南にいくことにしました。

・気持ちも体も・
講義のある日々も2週目となりました。
だいぶ、講義への感覚が戻ってきました。
気持ちの上では、だいぶ慣れてきました。
講義や会議にでてという日常で1週間を過ごすと
週末にはぐったりと疲れてしまいます。
しかし、これも日常だったはずです。
気持ちだけでなく、
体も順応していかなければなりませんね。

2_206 生命誕生の条件 1：ハビタブルゾーンの先へ

　今回のシリーズでは、進展してきた冥王代の研究と、それに伴って生命誕生でも新たな展開が起こってきました。生命誕生に関する話題をいくつか取り上げて、紹介していきます。

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　地球での生命誕生のための条件やシナリオについて考えています。ここ20年ほど、地球最初の時代、冥王代（45.6億から38億年前）の研究で、進展がありました。その中には、生命誕生に関する成果も多く含まれていました。その成果は、冥王代や生命誕生に関する画期的なブレークスルーになるような大発見ではなく、新たなアイディアや地道な研究の進展の積み上げによるものでした。
　このシリーズでは、地球生命の誕生についてみてきます。そのきっかけにはいくつかものがありますが、多数の系外惑星の発見があります。系外惑星とは、太陽系ではない、もっと多くの恒星の周りを回っている惑星のことです。系外惑星探査専用の衛星も2機目となり、多数の惑星が発見されてきました。
　系外惑星の多様性は、重要な情報源、そして束縛条件となっています。系外惑星の多様性を説明するには、これまでの太陽系形成の標準モデルへの修正が必要になりました。
　系外惑星における生命誕生への束縛条件も、実際の観測からその頻度もわかってきました。系外惑星で、生命誕生の可能性を探す時、「ハビタブルゾーン」がキーワードになっています。ハビタブルゾーンとは、「生存可能領域」とも呼ばれ、生命が誕生し、生存している可能性がある領域のことです。ハビタブルゾーンとは、その天体に水が恒常的に存在しうるかどうかを、天文学的観測によって推定していきます。
　系外惑星におけるハビタブルゾーンをもっており、地球に似た惑星いまのところ数はかなり少なくなっています。そこには、正確な統計とはなりにくいバイアスがあります。
　遠くの恒星系で、恒星の近くある小さな惑星は、発見しづらいものです。観測している地球から見て、公転面が水平になっているものが、発見されやすくなります。恒星の比較的近の軌道に位置し、小さく、薄い大気と岩石の表層をもった惑星に、ハビタブルゾーンがあります。そのような惑星が発見できる条件を考えると、大きなガス惑星と比べると見つけにくくなっているはずです。それがバイアスとなっている考えられます。
　ハビタブルゾーンでいう水の存在は重要ですが、生命が誕生するには、水だけでは足りません。生命の材料として、水（H2O）だけでなく、各種の成分（例えば、炭素、リン、カリウムなど）が必要で、さらに元素から生命の材料を合成するための場（環境）やメカニズム（エネルギー）も必要になります。ハビタブルゾーンだけにでは生命は誕生できず、重要な条件も加味しなければなりません。それをドームと丸山さん（Dohm and Maruyama, 2015）は、ハビタブルトリニティ（Habitable Trinity）と呼びました。
　生命が誕生できる（ハビタブル）条件として、3つ（トリニティ）が必要だとしました。その詳細は次回としましょう。

・1週間の疲れ・
9月30日にも半年ぶりに帰宅してきて、
早1週間がたちました。
月曜日から金曜日まで、次々と
講義と準備、実施、会議、打ち合わせ、
土曜日にも校務がありました。
10月1日から毎日休みなく大学にきています。
毎日大学に来るのは、いつものことなので
大変さは感じません。
半年間、西予では片道2kmほどは歩いていたのですが
あとは温水プールでの水泳でした。
戻ってすぐに片道4kmを、毎日朝夕、
往復を歩くことになりました。
大学の日常に戻るのに1週間で十分でしたが、
長い距離を歩くのが久しぶりなので、
体力を思った以上に使っているようです。
週末にはぐったりしています。
これは体が慣れるまで、続けることでしょう。
ぐっすり寝て休養することしかありませんね。

・休講と遠隔・
サバティカルの最中の9月下旬からから、
大学では講義がはじまっていたので
1回しか開講しないものは休講として
2回開講するのは遠隔授業としました。
すべて遠隔授業だけなら対処してきたのですが、
一部、それも最初の2回の講義が
遠隔授業での実施はつらいものがあります。
学生の前提もバラバラなので
1、2回目の講義の要約をしなければ進めません。
それに時間を取られます。
まあ、仕方がありませんが、
各講義でできるだけ補うしかありません。

EarthEssay 4_180 西予紀行 7：四国西ジオパーク

 EarthEssay
4_180　西予紀行 7：四国西ジオパーク
を発行しました。

四国西予ジオミュージアムは、
西予市でも奥まった城川にあります。
なぜ、このような奥まった地にあるのでしょうか。
シリーズの最終回として、
ジオパークの精神にもとづいて考えていきましょう。

5_207 タンデムモデル 7：新しい提案

　タンデムモデルは、後発の仮説なので、これまでの標準モデルの課題を克服しているます。もっと重要なことは、これまで説明されることのなかった事実を取り込んで、より詳細なモデルを提案している点です。

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　タンデムモデルは、太陽系惑星や系外惑星の形成モデルとして、これまでの課題を克服した。しかし、他にも、いろいろとメリットもありました。それを紹介していきましょう。
　タンデムモデルでは、岩石惑星と氷ガス惑星の違いを、すっきりと説明できました。このような違いは、他のモデルでも達成できていました。タンデムモデルでは、より精度の高い提案がなされています。
　小惑星帯では、太陽からの距離と固体物質の違いがありました。水の量の変化と酸化還元の変化です。小惑星帯の分布で、この傾向がわかっていました。
　ただし、この傾向を地球まで広げていく必要があります。拡大した視点で見ていくと、H2Oは、太陽に近づくと、氷から水、水蒸気となります。惑星の材料で考えるには、固体物質に取り込まれている必要があります。氷ならそのまま惑星の材料になります。水なら含水鉱物として含まれています。それより太陽に近づくと含水鉱物が分解されて、無水鉱物になっていきます。その位置は、地球より外側になります。したがって地球の位置は、無水鉱物だけからできている条件になります。
　地球は、無水の還元的な材料からできたと推定されます。太陽に近くなと、珪酸塩鉱物（酸化物）も還元されていくと推定されています。そのような隕石も稀ですがあります。エンスタタイトコンドライトと呼ばれる隕石です。エンスタタイトコンドライトの特徴は、還元的な条件であることもわかっています。
　地球は、大気も海洋もなく（裸でドライな地球と呼ばれています）、還元的な条件という、今とは全く異なった状態、姿からスタートしたことになります。原始地球の表面は、マグマオーシャンが固化した斜長岩の地殻からできています。そこにカンラン岩質の溶岩（コマチアイト溶岩）や鉄が多い玄武岩溶岩（KREEP 玄武岩）などもありました。現在の月を構成している岩石に似ています。
　このような地球からは、海や大気、さらには生命の起源が説明できなくなります。これは大きな問題となります。ところが、別の条件があることもわかっています。
　月のクレータや岩石の年代研究から、43.7億年前から42億年前までの2億年ほどの間に、隕石が大量に落下したことがわかっています。このような現象を、後期隕石重爆撃と呼んでいます。月で起こった後期隕石重爆撃は、同じ公転軌道にある地球にも、起こったはずです。
　後期重爆撃が起こった原因は、ガス惑星で軌道不安定が起こることにより、周辺の小惑星（隕石）の軌道が乱されます。その結果、この時期に後期重爆撃が起こったと考えられています。
　氷ガス惑星の形成場付近の小惑星なので、氷や揮発性成分（炭素質コンドライト）を含んだものになります。それらの小惑星が、内惑星の領域にも入り込み、後期重爆撃を起こします。
　その結果、地球には大気や海洋の成分が加わるとともに、還元的鉱物と水との激しい反応が起こります。その時、初期生命に必要な反応が進んだと考えられています。
　海や大気、生命の起源も、材料から重要な束縛条件を示していくことができるようになってきました。
　今では、後期重爆撃で揮発成分がもたらされせるモデルが主流になってきました。主のモデルには、レイトベニア説（Late Veneer）説やABEL（Advent of bio-elements 生命構成元素の降臨）爆撃説などがあります。これは、また別の機会にしましょう。

・現在進行中・
このエッセイが、サバティカル期間に配信する
最後のものとなります。
書いている論文で注目していたモデルとして
このタンデムモデルがありました。
タンデムモデルを、サバティカル期間に
最後まで紹介することができてよかったです。
一般に、研究は、データが積み上がってくると
これまでにない新しい知見も見つかってきます。
それをうまく取り入れたモデルがあれば
より有効性の大きなものになってきます。
今回のタンデムモデルも、そのようなものになります。
ただし、新しく提案されたモデルでは
修正、検証が必要な部分も多々あるはずです。
それが、現在進行中で進められています。

・感謝・
今回のサバティカルでは、
いろいろな目標を立てていました。
目標や計画は、
どうしても盛りだくさんなになっていきます。
想定外の事態も起こり、
予定通りに進まないこともありました。
目標をすべては
達成することはできませんでした。
予定通りにいかないことは、
もちろん想定内でしたが。
半年という期間ですが、
1年分に匹敵するほど、
実りの多いものになりました。
受け入れてくださった関係者や
地域の方々のおかげだと思います。
半年間ありがとうございました。