3_210 核の成長 1：金属の鉄

　地球の中心にある核に関する論文が、いくつか集まってきましたので、今回から、まとめて紹介していこうと考えています。まずは、核の基礎的な知識からはじめていきましょう。

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　地球内部は、地震波から探ることができます。地震波から、構成している岩石の密度や状態（液体か固体か）、温度などを推定することができます。その結果、地球の内部は、外側から、地殻、マントル、核（コア）に区分されました。地殻とマントルは岩石ですが、両者の密度が違っていました。それは、岩石の種類が異なっていることになります。
　核は、金属の鉄からできています。核の内部の状態から、同じ金属鉄でも融けている液体の部分と固体の部分があることがわかってきました。核では、マントルの温度が低いため、核の上部を冷やすことになります。そこでは、結晶化が起こり、液体より固体のほうが密度が大きいので結晶は沈んでいきます。固体が沈み、中心部にたまり、内核となっていきます。
　結晶の沈降や低温の液体鉄の密度差によって下降流が生じ、外核では年間1mほどの速度で対流しています。さらに、地球の自転によって対流が変化して、南北に細く伸びた円筒形がいくつも並んで回転している様子もわかってきました。
　このような回転する対流では、磁場が発生します。対流が継続するので、磁場の中を伝導体の金属鉄が流動することで、大きな電流の流れができ、地球全体がひとつの磁石のような磁場（双極磁場といいます）をもつことなると考えられています。このようは仕組みは、地球ダイナモと呼ばれています。地球の最深部の運動が、地球の外側の磁場を生み出していることになります。
　液体の核で固化が続けば、外核はだんだん減少していき、固体の内核は成長を続けていることになります。では、成長している内核は、きれいな球状になっているのでしょうか。それに関して、2021年6月のNature Geoscienceに次のようなタイトルの論文が掲載されました。
Dynamic history of the inner core constrained by seismic anisotropy
（地震学的異方性によって制約された内核の動的歴史）
カリフォルニア大学バークレー校のフロストさんたちの共同研究となっています。この論文によると、どうも核の成長に偏りがあるようです。その内容は、次回としましょう。

・3度目の調査・
3度目の野外調査にでています。
淡路島と香川を中心に調査していきます。
淡路島ははじめて訪れるところです。
四国の西側に住んでいるので
四国を東西に縦断することになります。
高速道路がつながっているので
一気に進めるのですが、
距離があるので、疲れないように、
休み休みいくしかありません。
このエッセイは、現在調査中なので、
予約送信をしています。

・時間と忍耐と・
あれよあれよという間に
サバティカルに来て、2ヶ月近くも経過しました。
目的を達成するには、調査もさることながら、
研究も進めていかなければなりません。
予定していたことを、
少しずつ進めていますが、
地道な努力が必要な作業なので
時間だけでなく、忍耐も必要です。
今は、淡々と文献を読むこと、
原稿の推敲を進めていくことになります。

4_174 西予紀行 1：黒瀬川の地で

　西予市城川町にて、2度目のサバティカルを過ごしています。ふと思いついたのですが、現在滞在している西予やその周辺の様子を、月に一度ほどお送りすることにしました。5月になって思いついたのですが、4月にいったところを、一伸目としてお送りしましょう。

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　2022年4月に四国西予ジオミュージアムが開館しました。その結果、もともとあった地質館が閉館してしまいました。地質館の建設や、運営に協力していたこともあり、30年来通っていたところです。
　城川でも、かなり奥まった地に地質館がありました。この地は、黒瀬川帯、あるいは黒瀬川構造帯と呼ばれるものに属する岩石類がでているため、地質学では有名な地となっています。この地を流れる黒瀬川、あるいは黒瀬川村にちなんで命名されています。他にも地層や岩石名にも、この地の地名が多数用いられています。
　さて、四国の東西を走る大断層である中央構造線（北側）と仏像構造線（南側）があります。その間には、秩父帯とよばれる地層が広く分布しています。黒瀬川帯は、秩父帯の中に、点々と分布しています。秩父帯は、海洋プレートの沈み込みによって形成される特徴的な地層群（付加体と呼ばれます）からできています。秩父帯が付加した時代は、北側（秩父帯北帯）はジュラ紀で、南側（秩父帯南帯）はジュラ紀から白亜紀前期となっています。
　黒瀬川帯が区別されるのは、秩父帯とは明らかに異なった性質もっているためです。黒瀬川帯にも、付加体の地層（長崎層群、野村層群相当層、窪川累層）がありますが、秩父帯のものより古い時代（古生代ペルム紀）のものです。また、中生代（ジュラ紀）の地層（宮成層群、土居層群、河内ヶ谷層群、嘉喜尾層群、成穂層）もありますが、大陸棚でできた地層で、形成場は形成機構が異なっています。
　なにより、黒瀬川帯の中には、黒瀬川構造帯と呼ばれる、さらに異質な岩石群があります。黒瀬川構造帯は、より古い大陸の岩石や大陸起源の砕屑岩類からできています。大陸起源の岩石にはいろいろな種類の岩石があり、火成岩（三滝火成岩類）、変成岩（寺野変成岩類）、堆積岩（岡成層群）が見つかっています。三滝火成岩類は4億4000万年前頃（オルドビス紀）の大陸の花崗岩類（少し斑レイ岩類）、寺野変成岩類は4億5000万年前頃（デボン紀）の大陸の片麻岩類、岡成層群は4億2000万年頃（シルル紀～デボン紀）に赤道付近で堆積した石灰岩や陸の酸性火山活動に由来する岩石です。
　このような黒瀬川帯の岩石の実態が、戦後すぐに調べられました。物資もまた不十分な時代に、地質学者が、のべ400日以上かけて、城川周辺（当時は黒瀬川村）で野外調査をしました。地元の人たちの協力もあったと、論文の謝辞には書かれています。
　黒瀬川流域は、日本の地質学で重要な役割を果たしてきました。だから地質館ができ、今では四国西予ジオパークに認定され、四国西予ジオミュージアムもできました。そんな地で2度目のサバティルを過ごしています。

・城川ロッジ・
今回のサバティカルには、家内も同伴しています。
夫婦で近隣を回ることにしています。
現在住んでいるのは、城川町土居ということろです。
先日、土居からほど近い、
窪野（くぼの）の小学校の跡地にある
城川ロッジのレストランでかけました。
土曜日にだけ営業しているところで
昼食をとりにでかけました。
このレストランは、もともとは城川ロッジという宿舎に
併設されたものでした。
宿舎には、なんども宿泊したことがあり
懐かしかったですが、
今では荒れていて、中を見ることもできませんでした。

・日本地質学の古戦場・
地質学で日本の地質史を学ばれた方は、
古い地層や古い岩石として、
黒瀬川帯、あるいは黒瀬川構造帯と呼ばれるものを
聞いたことがあると思います。
日本では「最古」の化石や岩石、地層がでることで
城川は有名な地でした。
日本でも古くから研究されてきたのですが、
詳細が明らかにされてきたのが
城川の黒瀬川流域の地だったのです。
日本の地質学の戦後すぐの古戦場ともいうべき地です。

6_202 ターミネーター・ゾーン 4：少ない可能性と多数

　ターミネータ・ゾーンで、ハビタブルゾーンの存在の可能性は、少ないながらもでてきました。M型恒星の数が多いので、少ない可能性であっても、生命誕生が起こったかもしれません。

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　M型恒星の周囲を潮汐ロックされて巡る惑星には、夜明けや日没のところには、ターミネーター・ゾーンができます。潮汐ロックされていますので、安定した領域となります。その環境のシミュレーションは、長期的には水が安定に存在できないことわかってきました。しかし、ロボさんらの研究では、水が存在できる可能性が示されました。
　シミュレーションで重要になる初期条件は、恒星からの距離（放射量）と水と氷の割合、大気圧であることが判明しました。
　水が少ない状態でスタートすれば、水蒸気の発生が抑えられ、放射量が多くても暴走温暖化は起こらないことがわかってきました。そして、ターミネーター・ゾーンで、温度が0～50℃の範囲になり水が存在できることがわかってきました。
　水が多い状態で惑星がスタートすると、海から大量の水蒸気が発生して暴走温室効果が起こることになります。そんな状態であっても、もしかすると水が再度形成される可能性も指摘しています。例えば、いったん夜の側に移動して凍った水も、その量が多ければ氷床が厚くなり流動しはじめ、もしターミネーター・ゾーンまで流れる氷河があれば、そこで融けて水になり川や湖ができることになります。ただし、このシミュレーションはなされていません。
　M型恒星で、地球のように7割が海のような水の多い惑星では、特別な条件を満たさないと、ターミネーター・ゾーンに水が存在できません。水が少ない陸が多い惑星では、ターミネーター・ゾーンに海が位置していれば、ハビタブル・ゾーンが安定して存在できるかもしれません。
　まだまだM型恒星の惑星におけるハビタブル・ゾーンの存在については、不明な点が多いのですが、可能性は残されたことになります。M型恒星は数が多く、寿命も長いため、近くを巡る惑星があれば、安定期的なハビタブル・ゾーンが存在するかもしれません。そこには、生命誕生の可能性もあるはずです。そんな期待を残す報告でした。

・明浜の段々畑・
ゴールデンウィークは出歩くことは控えています。
動くときは、休日や祝日ではなく平日にしています。
先日も昼前から、明浜にでかけました。
快晴の空の暑い日でしたが、
みかんの段々畑と石灰岩のコントラストが綺麗でした。
地域のイベントがあれば参加するようにしています。
大きなイベントがあった先日の土曜日は
あいにくの雨なので出かけるのを諦めました。
残念なので町内で
土曜のみ開かれるレストランにいきました。
昔よく泊まった施設を利用しています。
今はレストランだけが使われています。
地質館も使われなくなりましたが、
鍵を借りて中をみてきました。
それほど傷んではいなかったのですが、
いい施設なのでもったいないでした。

・土佐清水ジオパークへ・
来週から2度目の野外調査にでることにしています。
今度は高知県西部を中心に回る予定です。
高知ではジオパークが2つあります。
室戸は世界ジオパークとして有名ですが、
新しく2021年9月に土佐清水ジオパークが
日本ジオパークとして認定されました。
そこを中心に見て回ろうと考えています。
もともと地質学では、土佐清水の竜串の三崎層群や
白山龍門のラパキビ花崗岩で有名な地域でした。
何度が訪れていますが、
再度、見て回ろうと考えています。

6_201 ターミネーター・ゾーン 3：否定的意見

　ターミネーター・ゾーンのハビタブルゾーンには、否定的意見もあります。M型星も長期的には変化していくので、惑星の環境も変化していきます。やがて、ハビタブルゾーンが消えるというものです。

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　多数存在するM型星で、潮汐ロックされた惑星には、ターミネーター・ゾーンがハビタブルゾーンになるのではないかという考えを、前回紹介しました。特殊なM型星ですが、そこにも利点もありました。しかし、否定的な意見もあります。それを紹介していきましょう。
　長寿命のM型星ですが、変化していきます。恒星は水素がヘリウムになるという核融合で輝いています。時間経過とともに、恒星内での核融合の効率が上がっていきます。その結果、明るさが増大していきます。
　周辺の惑星、特に近い軌道を巡る惑星は、大きな影響を受けます。明るくなるにしたがって、ターミネーター・ゾーンの暖かくなり、海からの蒸発も多くなっていきます。大気中の水蒸気が多くなると、温室効果が激しくなり、やがて暴走して（暴走温暖化と呼びます）、灼熱の惑星へとなっていくだろう。こんな可能性が指摘されています。
　ところが、別のシミュレーションでは、逆の結果もえられています。恒星が明るくなると、惑星の海が蒸発していき、水蒸気が大気圏外に逃げ出したり、夜の領域に入ってものは、雪となり凍結してしまったりす可能性がでてきました。ターミネーター・ゾーンに存在していた水が、だんだんとなくなっていきます。やがて、ターミネーター・ゾーンも乾燥し、生命が誕生できず、存続もできないという指摘です。
　いずれのシミュレーションに向かうとしても、これまで考えられていた、ターミネーター・ゾーンという安定した領域は、継続できないのではということになってきました。
　このような相反する推定がでてきたということは、詳細なシミュレーションをしてみる必要があります。そこで、カリフォルニア大学アーバイン校のロボさんらは、潮汐ロックされたさまざまな条件でシミュレーションをしました。その結果を、2023年3月に天文学雑誌（The Astrophysical Journal）に報告しました。そのタイトルは、
　Terminator Habitability: The Case for Limited Water Availability on M-dwarf Planets
（ターミネーターゾーンでのハビタブルゾーンの可能性：M型赤色矮星の惑星において水が限られた条件での存在する可能なケース）
というものです。タイトの日本語訳はかなり意訳になっています。
　つまり、限定された条件になりそうですが、水が存在できるハビタブルゾーンができそうだという報告になります。その詳細は次回としましょう。

・最初の野外調査・
このエッセイは、予約配信となります。
ちょうどこの時期、野外調査にでかけています。
最初なので、近場として、しまなみ海道を利用して、
広島に渡り、主には島々を調査する予定です。
しまなに海道ははじめてなのと、
借りた車で自動車を走るのもはじめてなので
少々緊張するかもしれませんが、
なんとか無事に調査が
終わればと思っています。

・ゴールデンウィーク・
週末からゴールデンウィークになります。
土日のあと中に二日間、平日を挟んでいますが、
そのあと、4連休となります。
2日間、休みをとれば、9連休になります。
各地で混雑が予想されるので、
あまり動き回らないでいようと考えています。
日常の通りに、執務室で
研究に専念したいと考えています。

6_200 ターミネーター・ゾーン 2：M型の赤色矮星

　多数存在する赤色矮星は、あまり系外惑星の探査の対象にはされていませんでした。この恒星の惑星にあるターミネーター・ゾーンは、安定して存在します。そこには、ハビタブルゾーンができていそうです。

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　太陽は、G2V型（スペクトル型という分類）というもので、多くの恒星のありふれたものです。そこには、ハビタブルゾーンに惑星（地球）があり、生命がいる天体となっています。しかし、私たちの太陽以外の恒星で、G2V型に限定すると、恒星の数は多くても系外惑星はそれほどは見つかっていません。
　生命誕生の条件はまだ不明ですが、生命が誕生するには、多数の天体で試行錯誤が必要かもしれません。もし多数の天体に生命が存在するのであれば、生命の痕跡（例えば、酸素の多い大気が見つかるなど）が観測できるかもしれません。そこには至っていませんが。もし、少数の天体にしか、生命が誕生していかなければ、見つけることができないかもしれません。
　現在、太陽系近隣の恒星で、通常の恒星（主系列星と呼ばれています）をターゲットにして、探査が進められています。発見されているハビタブルゾーンをもった系外惑星が少ないため、生命誕生の可能性は多くなさそうです。
　生命誕生の条件として、惑星内のどこかに、局所的にでも海が恒常的に存在すればいいと考えていけば、可能性が上がってきます。そのような場として、今までターゲットとしてきたものより、もっとたくさんある恒星であれば、惑星の存在確率も多くなるはずです。問題は、多数存在する恒星の惑星に、ハビタブルゾーンに存在するかどうかです。
　まず、恒星として、主系列星ではないのですが、多数存在する赤色矮星と呼ばれるもの（M型星）があります。太陽よりずっと小さいのですが、数は多くあります。軽くて暗い恒星なのですが、恒星の3/4がこのタイプだと考えられています。
　M型星は暗い恒星なので、惑星でのハビタブルゾーンも恒星に近くなってきます。恒星が暗いため放射も少なく、惑星の表層を擾乱させることもなく、海が安定に存在しやくすくなります。近くを巡る惑星は、潮汐ロックが起こり、自転と公転が一致します。これは地球と月の関係で起こっているもので、月は常に同じ表面を地球の方に向けることになります。そこに「ターミネーター・ゾーン」ができます。
　潮汐ロックされた惑星のターミネーター・ゾーンは、明暗境界線とも呼ばれているのですが、朝と夕方の領域です。潮汐ロックされた惑星では、昼の地表が暑く、夜が寒くても、ターミネーター・ゾーンでは中間的な条件のところができます。ターミネーター・ゾーンは、常に同じ位置に存在し、そこに海ができるハビタブルゾーンとなります。
　M型星の惑星は質量が小さく、暗いので、主系列星よりずっと長寿となります。そのため、長く安定した条件が継続することになり、生命誕生の試行錯誤も長期にわたってできます。恒星の数も多いので、このターミネーター・ゾーンが、生命誕生の可能性として注目されています。
　しかし、M型星のハビタブルゾーンに関しても、問題点はあります。その内容は、次回としましょう。

・近隣の散策を・
サバティカルの生活も
だんだんと落ち着いてきました。
火曜日と金曜日に、半日、
近隣を散策するようにしています。
近隣地域は、以前に一通り巡っていますが、
家内ははじめてです。
観光や買い物などを兼ねて
あちこちを周っています。
再訪すれば、それなりに知らないこと、
新しいことも見つかります。

・温水プール・
これまで通勤で、往復7kmを歩くだけが
運動だったので筋肉が衰えてきました。
野外調査をしていると
体幹や足腰の衰えを度々感じています。
サバティカルを機会にして、
町内にある温水プールに、
夕方、家内と一緒に通うことにしました。
最初は、少ししか泳げなかったのですが
少しずつ泳ぐ距離も伸ばしています。
そのせいか、夜もすぐに眠りにつけます。
この生活サイクルと続けていければと考えています。

6_199 ターミネーター・ゾーン 1：ハビタブルゾーン

　地球外生命が存在する可能性を考えるとき、稀な天体から探すより、多数の候補から探したほうが、見つかる可能性があるはずです。そんな可能性として、ターミネーター・ゾーンと呼ばれるものがあります。

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　地球外生命については、このエッセイでも、何度か取り上げてきた話題となります。今のところ、地球以外の天体で、生命の存在は確認されていません。ここでいう生命とは、炭素を主体とした有機物からなる地球型です。また、生物と認定でき、さらに検出できるものでなければなりません。もしかすると、地球型生命でないものや、有機物を用いない生命、炭素型でない生命がいても、観測していたとしても、生命とは認識できていないかもしれません。認識でない生命に関して議論してもしかたがないので、私たちがよく知っている生命を考えていきましょう。
　地球外生命を探すときは、遠くの天体が対象になるので、ハビタブルゾーン（Habitable zone）という条件を考えていきます。ハビタブルゾーンとは、地球型生命が生存できる領域に、天体があるかどうかを調べるためのものです。生命居住可能領域とも呼ばれています。
　その条件とは、惑星の表層に液体の水が安定して存在できるかどうかです。表層温度が0℃以上から100℃以下になっている条件のことです。恒星の明るさ（放射量）と惑星の軌道半径（恒星からの距離）によって、一義的に決まってきます。まずは、そこに惑星が存在するかどうかです。
　ハビタブルゾーンにあったとしても、液体の水（海）が存在するためには、惑星に大気が必要です。ただし、巨大ガス惑星になると、表層は水素やヘリウムの大気になり、液体の水が存在できそうにありません。そのため、固体表面をもった小型の岩石惑星（地球型惑星）で薄い大気をもったものでなければなりません。
　太陽系では、地球だけが、その条件を満たしています。過去には、火星も条件を満たしていて海が存在していたのですが、大気が少なくなり、現在では液体の海は消えています。
　太陽系以外で、多数の惑星の発見されきました。系外惑星と呼ばれています。当初は、大きなガス惑星だけが発見されてきましたが、最近では地球型惑星も発見されてきました。その中には、ハビタブルゾーンになりそうな地球型惑星を見つかってきました。しかし、数は多くありません。これでは、生命がいたとしても、見つけることが困難になります。
　生命存在領域が、もっと多くならないでしょうか。そんな可能性として、ターミネーター・ゾーン（Terminator zone　明暗境界線と訳されています）が考えられるようになってきました。次回としましょう。

・研究のルーティン・
サバティカルに来て10日ほど過ぎました。
住む環境が変わったので、
一日の過ごし方としてのルーティンがまだできません。
しかし、心身ともに健全な生活ができつつあります。
また仕事のための環境も、
施設や執務室は整えてもらったのですが
インターネットやパソコンやその周辺設備も
整えるに時間がかかりました。
ハードディスクの電源を間違って持ってきたり、
SDカードリーダが足りなかったり、
パソコンが変わったので、
アプリケーションを入れ直したりと
いろいろセットアップに時間がかかりました。
しかし、少しずつルーティンも整ってきました。

・生活のルーティン・
北海道にいるときよりは通勤距離が短く
30分ほどで付きます。
遅めに出ても、6時過ぎには研究をはじめています。
基本的に土・日曜日も、毎日執務室で仕事をしています。
近隣への観光やイベント、大きな街に買い物など
家内と週に2、3度、出かけるようにしています。
それは平日の昼前後からになります。
曜日ごとに、ルーティンを組んでいきたいのですが、
まだできていません。
家内も新しい環境での生活なので、
いろいろと戸惑っていますが
少しずつ慣れていくしかありません。
半年間、英気を養いながら
研究を深めていこうと考えています。

1_206 天体衝突の頻度は 5：スフェルール

　クレータがなくても、隕石の衝突を調べる別の方法もあります。それは、衝突で飛び散った隕石物質を検出して、調べていく方法です。そこから、新たな衝突の様子が見えてきました。

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　太陽系の惑星形成の時期には、宇宙空間には小惑星や小天体が多数あり、それらが衝突合体していきます。やがて、公転軌道には、大きな天体が成長して、唯一の惑星となっていきます。地球も同じように形成されたました。
　惑星形成後も、初期のころは、まだ小天体の衝突も激しかったと考えられます。地球初期に起こった小天体の衝突の様子を直接しらべることはできません。なぜなら、証拠となる隕石やクレータなどは消えてしまっているからです。衝突の頻度を見積もる方法は、これまでの紹介してきたもの以外にも考えられています。
　隕石が衝突すると、隕石物質が砕けたり融けたりして、周辺に広く飛び散ります。大きな隕石ほど、広域に、時には地球全体に飛び散ります。飛び散って地球にばらまかれた物質のうち、隕石の融けた物質は、大気中を飛んている時、小さな球状のガラスとして固まり、スフェルールと呼ばれる物質になります。
　スフェルールが堆積物としてたまれば、地層に取り込まれます。時代のわかっている地層ごとに、スフェルールの量を調べると、隕石物質の量がわかります。時代ごとに衝突量がわかれば、衝突頻度が推定できます。
　地球の隕石の衝突頻度が、このような考え方で求められていました。モデルにはいろいろなものがあります。米国サウスウエスト研究所のMarchiさんが、2021年の第31回ゴールドシュミット国際会議で、モデルを再検討した結果を報告しました。
　小天体の衝突の頻度（衝突フラックス）に関して、新たなモデルを作成しました。そのモデルに基づいて、地層中のスフェルールの統計データを見直していきました。すると、これまで考えられていた衝突頻度とは異なることがわかってきました。
　新しいモデルでは、これまでの衝突頻度の見積もりと比べて、約35億～25億年前に、最大で10倍にもなることがわかってきました。非常の激しい衝突が予想されました。その頻度は、直径10km程度の隕石にすると、1500万年に一度は衝突していたことになりました。
　もし地球初期の太古代に、そのような激しい隕石の衝突があったとすると、大気や海洋に大きな影響を与えたはずです。また、生命誕生や進化にも影響を与えたことになります。その検討に関しては、今度の課題となるでしょう。

・予約配信・
滞在中のインターネットは、
自宅も執務室も、
期間限定のSIMとルータで接続する予定です。
インターネットとパソコンの接続が
どうなるかは不明なので
トラブルが発生する可能性もあります。
大学では、一応、接続は確認していますが、
別の地域、環境では、どうなるかは不明です。
いつものように、このメールマガジンも
予約配信しました。

・荷物を搬出・
サバティカルのために
先日、荷物を搬出しました。
引っ越しも、混んでいるため、
2月初頭に引っ越しの予約をしたのですが
この日程を取るもの大変でした。
なんとか27日に引っ越しをすることができました。
出かける前は、バタバタしましたが、
無事、送り出すことができました。