地球の生い立ちの続きー15（地球を青く育てた微生物）

＝原始大気の浄化＝

地球の誕生以来、その半分近くの期間、大気には酸素がありませんでした。

当時の地球の大気は、「二酸化炭素、メタン、水蒸気」からなる還元性大気でした。
太陽光が大気中の水蒸気を「酸素」と「水素」に分解しましたが、酸素はすぐにメタンガスと反応して地殻に閉じ込められ、大気中にはほとんど残りませんでした。
２４億から２１億年前に、「大酸化イベント」呼ばれる現象が起きたようです。

「大酸化イベント」の主役となったのは、「シアノバクテリア（光合成生物）」で海中の「水」と「二酸化炭素」から「炭水化物」をつくり、「副産物」として大量の「酸素」を放出しました。＊主な炭水化物ー海藻（藻場）海藻（アマモなど）が二酸化炭素を吸収し体内で生成する「難分解性」の炭水化物です

海中で発生した酸素は、海中に多量に存在した鉄イオンと結びつき、酸化鉄（鉄さび）として海底に沈殿します。

これによって、酸素はすぐには大気中に増えなかったが、この処理能力が限界（鉄の使い切り）に達した頃に、溢れた酸素が空中に放出されました。

画像は鹿児島県の硫黄島の緑の海岸です。紫外線にさらされた「太古代」の地球は生命にとって過酷であったと想像されますが、光合成生物の活動によって「緑の海」が生命を育んだのでしょう。

緑色に染まっている鹿児島の硫黄島の海岸線、シアノバクテリアが光合成に励んで酸素つくりに励んでいるようです(^^♪

｛太古の昔、生命を育んだ海は「緑色」だった！？～

　　　　　　　　　　　25億年前の地球と光合成生物の進化の解明～｝

上記タイトルは国内の5大学の研究者が「シアノバクテリア」の構造を解析、「光合成」の仕組みを突き止めました。

＊シアノバクテリアの複合体で「光アンテナ」が「太陽光」を効率よく捕えるための「色素」と「タンパク質」複合した機能です。シアノバクテリアの誕生以前、原始大気にはオゾン層が無く生命に有害な「紫外線」が地表に降り注ぎ、現代の酸化的な海洋にない二価の鉄が大量に溶け込んで、海全体に広がっていたと考えられます。

海の中で酸素を発生する光合成生物が誕生すると、光合成生物が生息する周りの環境から徐々に参加が始まりました。

酸化が始まると二価の鉄は酸化鉄となり、溶けずに水の中を浮遊します。

この酸化鉄は、紫外線から青い光までを効率よく吸収するので、紫外線が強い浅瀬でも生命を育む環境が整います。
また水は赤い光を吸収するので、生物が生息する水中は緑の光で溢れています。しかしこの緑の光環境は光合成生物には大問題です。身近な光合成生物である緑藻や陸上植物は、クロロフイルという色素を使って集光から化学反応まで行っているからです。コロロフイルは青や赤しか吸収できないため、若し緑の光があっても効率よく利用できません。
その中で緑の光を吸収し、反応中心で使えるように「光アンテナ」を発達させた光合成生物こそがシアノバクテリアでした。シアノバクテリアは光を集光するアンテナに緑から赤の光を吸収する３種類の色素タンパク質複合体を巧みに利用して、吸収した緑の光エネルギーを反応中心にあるコロロフイル効率よくエネルギーを渡すことが出来ました。

＝研究者連絡先＝

名古屋大学大学院理学研究科 准教授 松尾 太郎 E-mail: matsuo@u.phys.nagoya-u.ac.jp

 京都大学大学院人間・環境学研究科 教授 宮下 英明 E-mail: miyashita.hideaki.6v@kyoto-u.ac.jp

 東北大学大学院理学研究科 教授 掛川 武 E-mail: kakegawa@tohoku.ac.jp

東京科学大学生命理工学院生命理工学系 教授 増田 真二 E-mail: shmasuda@bio.titech.ac.jp 

龍谷大学農学部生命科学科 ラボラトリー専門助手 吉山 洋子 E-mail: yyoshiyama@agr.ryukoku.ac.jp 

上記の皆さんが「シアノバクテリア研究」の関係者です

地球上では、救世主のシアノバクテリアとその仲間の活躍で、酸素が存在する惑星になり、太陽から降り注ぐ「紫外線」と「酸素」が化学反応起こし「オゾン」が生まれました。

この他に、「シアノバクテリア」の先輩になる「光合成細菌」の存在があります。
「光合成細菌」は酸素供給はしませんが、「硫化水素」などを利用して「光合成」をします。「光合成細菌」は「光エネルギー」を利用する代謝系を進化させ、後続の「水」を分解できる「シアノバクテリア」へ繋がる基礎を築きました。

協力関係の存在は、「シアノバクテリア」が他の「真核生物」の細胞内に共生したことで「葉緑体」を持つ「藻類」や「植物」に進化したことです。これにより、「シアノバクテリア」単独よりも巨大な規模で、海洋及び陸上での「光合成」・「酸素供給」が行われました。
 

「シマノバクテリア」の活動と、その周辺に堆積した「砂粒」などが作り出した「構造体ー（微生物マットーストロマトライト）です。この「微生物マット」が大量に発生したことで、海中に膨大な酸素が安定して供給され続け、大気中に酸素を備蓄する「大酸化イベント」を促進しました。

＊「光合成細菌」「真核細菌」「微生物マット‐ストロマトライト」は、「シアノバクテリア」と共に、人の目には触れない位置で、地球の救世主ぶりを発揮しています(^^♪

＝参考資料＝ 

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地球の生い立ちの続きー１4（地球の水も空気も生物の守り神）

=原始大気の浄化＝
前回は「原始海洋」の浄化を追ってみましたが、「水」と「空気」は、ほとんど同時に作用しながら、清浄化したようです。

創成期は、海洋も大気も「一心同体」の関係で、いずれが欠けても「地球」が生物が存在し得ない惑星になったでしょうね。

誰かが意図した様に、長～いサイクルの浄化作用で、繰り返し繰り返し濁った水が、生き物が生息出来る惑星に、変わたようです。

「原始大気」の浄化の前に、「大気」の組成経過をみますと、地球創生時の大気は、「水素」と「ヘリウム」が主成分の「第一大気」といいます。まるで「恒星」の様ですね(^^♪

太陽が出来た経過と、同じで環境で「星間雲」の主成分は「水素」と「ヘリウム」「宇宙ダスト」と、何でも欲しがる地球惑星は、「岩石や金属系」の集積体で、「原始惑星系星雲」の造星作用で、自然の成り行きで「星間雲」の成分を巻き込み「原始大気」が出来たようです。

＊この「星間雲」は高密度に集積すれば、「恒星」が生まれ母胎にもなります。

しかし当初の「地球の質量」は「木星型惑星」と比較すると可なり小さく、質量の軽い水素とヘリウムの気体を長期間保持することが出来ませんでした。
次第に、水素もヘリウムも宇宙空間に逃げ出して行き、無くなってしまいました。
＊そのころ、隕石や彗星が飛来するとき「揮発成分」（水・二酸化炭素・二酸化硫黄など含む）が地球の形成と進化過程において火山活動の「前提条件」を作り出し、その後の活動・増幅を持続させたと言う解釈が通説になっています。

微惑星や隕石の飛来が過激になり、地球内部の活動が激しく「火山活動」でマグマが噴き出し「第二大気」を形成しました。

当初は、質量が小さかった地球惑星は、微惑星や隕石の衝突を受け、その衝撃熱と火山活動の活発化で「マグマオーシャン」が地球全面に広がった。
高熱のマグマは「水蒸気」と「二酸化炭素」が吹き出し、上空は「水素とヘリュム」の大気と入れ替わるように、「二酸化炭素と水蒸気」それに火山性ガスの「硫化水素」も加わった「大気」エリアを占めるようになった。

蒸発した高温の水蒸気は上昇し、高高度で冷えた雨（液体の水）となり、雨は地球の重力に引かれ低空に落ちるが、地面に近づくにつれ、高温のマグマオーシャンに炙られ、再び蒸発してしまう。最初の雨は高度の高いところで降っていて、地面に届くことが出来なかった。

宇宙空間との境界領域で、水蒸気は「赤外線」を放出して冷却され、マグマの熱を宇宙空間へ少しづつ逃して行った。これは全くの自然現象でした(^^♪
温度が下がるにつれ、雨が落下できる高度も下がり、灼熱のマグマオーシャンに最初の雨が降った。マグマオーシャンが冷却され「陸地」が誕生し、そこに雨が貯まって、最初の「海」が形成された。

＊海と言っても硫酸や塩素のなど化学反応を起こしてマグマオーシャンと負けず劣らずの実験場です

今から約40億年前のことです。ただし出来たばかりの「原始海洋」の海水温は150℃もあって生命の誕生には不適でした。

さらに降った雨が続き、地面の硫酸や塩素ガスが溶け込み、初期の海水は「強酸性」であった。

大気から「水蒸気」が抜けたため、「第二大気」の主成分は二酸化炭素となった。
このため「温室効果」はつづいたが、海水に「二酸化炭素」が溶けて、「温室効果」が弱まり地球の気温が下がった。
大気中の「二酸化炭素」の濃度がある値を切った時、「温室効果」は劇的に弱まり、地球の表面温度は一気に下がり、海水温も現在のレベルに下がった。

一方マグマが固まって出来た陸地に雨が降り、波がかかったりすると、岩石に含まれる鉱物成分を溶かしだされ、海洋に広がっていった。

ナトリウム、カリウム、カルシウムなどである。これらは、アルカリ性の化学物質、たとえば水酸化カルシウムや水酸化ナトリウムを形成し、強酸の海を中和した。ナトリウムなどは、水に溶けて塩素と結びつき、食塩となった。
こうして、現在の海のような、青くて、温度が低く、しょっぱい海水が出来上がったのである。
まだ大気に酸素がありませんが、「マグマオーシャン」が出来た46億年前から40億年前まで、約６億年ほど経過して第二大気の「水蒸気は」は海をつくり「二酸化炭素」は長雨で海水に溶けて、大気にあった「窒素」だけが空中に残ったかたちです。

酸素のない大気の続きは次号で(^^♪

＝参考資料＝ 

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地球の生い立ちの続きー１3（（住み易い・生きやすい惑星に改造中）

＝原始海洋の浄化＝

「原始海洋」は、マグマオーシャンの終焉で大雨が降って単純に雨水が溜まって出来たと考えていました。

違っていました！「原始大気」から数百年から数千年の間、毎日が大雨で液体の「雨(H2O)」ではなく、300℃以上の硫酸や塩酸ガスなど現代では劇薬扱いの成分で、海に溜まった水も100℃～200℃もあったようです。

地表温度も、400℃以上でマグマの硫黄分が水に溶け込み、海水は硫黄・塩酸などの火山性ガスが溶け込み、強酸性でした。

「岩石惑星地球」の「水資源」は「マグマオーシャン」時代に、「小惑星群」から「氷隕石」が限りなく降り注いだようです。

降り注いだ「氷隕石」は溶け「水」になりますが、マグマは金属鉄の含有が主で、「水」は水素として金属鉄に溶け込み「地球の核（コア）」まで落ち込み、「金属核」を形成しました。

＊金属鉄と水が存在すると、水は分解し水素と酸素になり、水素は金属鉄と結合して、「水素化鉄（FeH）」を形成し、水（水素）」は、マグマと金属鉄に1対20の割合で分配されます。

地球に運ばれてきた「水」のほとんどが、「水素」の形で「金属核」に配分された訳です。

地表温度が400℃を下回ると、地表に降った雨は「海」に溜まり水深も増し、酸性の海水と海底岩石の反応が進み、海水は強酸性から弱酸性に変わりました。
さらに大気中の二酸化炭素が海水に溶け込み、「Ca,Mg,Fe」と結合して「炭酸塩」の鉱物となり堆積していった。

また、徐々に大気中の二酸化炭素分圧が下がり、「温室効果」が弱まり海水温度が100℃以下になり、水深が2000ｍにも達しました。

地球内部には、地表にあるすべての海（約14億立方キロメートル）を合わせた量と同じくらい、あるいは数倍（1.5倍から１1倍）の「水」が隠れている可能性があるようです。
＊最近の地球科学の研究で明らかになりました。

但し、この「水」は海のような液体ではなく、地下数百キロの「マントル岩石」に含まれる鉱物（リングウッダイトなど）の分子構造に結合した、いわゆる「結晶水」や「水酸基（OH）」の形で存在しているようです。

漠然としているので、詳しく記述すると

＊マントル遷移層：（深さ410Km～660Km）

　〇マントルには「水」を含む能力の高い赤い鉱物「リングウッダイト」が豊富に存在し、若しこの領域の岩石の１％の水があれば、海全体の「水量」の3倍近くがこの層に存在することになるそうで、それだけ地球のマントルがスペースを占めているわけです。

＊地球の地殻が100Km位として、2800Kmの巨大な水タンクが存在するようです(^^♪

＊地殻・上部マントル：
　〇地下深部の乾燥した岩石の隙間や、鉱物中に水分子が吸収されています。

＊地球コア（外殻・内郭）：

　〇地球誕生時に大量の「水素」が取り込まれ、内核には90％以上の水（水素）が存在している可能性があると言う研究もある。

以上「Brookhaven National Laboratory(.gov)+2」より転載
 

地球の内部には、海と地上の湖沼・河川の「水」を合した数倍（1.5倍から11倍）の「水」を隠し持っているようです(^^♪

＝参考資料＝ 

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地球の生い立ちの続きー１2（スノーライン（雪線）は微妙に忙しい）

＝水資源と大気の創生＝

地球惑星は、スノーラインの内側に存在する「岩石系惑星」です。

上記のイラストは、太陽が小さく見えますが、スノーラインの境界を表示するため遠近を無視して御免なさい。

地球はスノーラインのかなり内側ですが、「水が地表」に存在し、生物も生存しています。

「スノーライン」をイラストで示しています。

このイラストは「スノーライン」と「小惑星群」を表しています。

「小惑星群」は小さな「岩石の塊」から直径1000Km位の準惑星も含みますが、太陽系の「小惑星群」は、直径数Km以下の小規模な惑星が多く、「太陽」を周回しています。
（お馴染みの「イトカワ」が約540ｍ、「リュウグウ」は約900ｍ位です）
「スノーライン」の内側から地球に飛来する「無水隕石」は（岩石系・金属系）と、外側から飛来する「氷隕石」は（炭素や有機物ガス・ダスト・水）が凍った状態です。
このゾーンから飛来する「氷隕石」が、地球の「水資源」の補給基地だったようです。

岩石系の隕石は、「ケイ酸塩」金属系は、主に「ニッケルと鉄」の合金で地球の組成と同じです。＊「隕石」と記載していますが、数ｍから数Kmの「微惑星」も多かったようです
 

地球を形成した頃は、惑星として環境が未完成で、「地上と海洋」が区別なく全面が「マグマオーシャン」で、大気は「原始大気」と呼ばれ、成分は「隕石や部惑星」が運んできた「二酸化炭素」が96％で「窒素」や「水」も含まれて居たが「酸素」は無かった。

地球がマグマで覆われていた時期に、地下の「中心核」部分が猛烈に「核融合反応」していました。
その原資とも言える「水素（水）」の供給が途絶えれば、休眠状態で隣の惑星「火星」の様に赤茶けた寂れた「惑星」になって、空しく寂しく「自転」と「公転」を繰り返して居たのでしょうね。

次回は、「地球が「スノーライン」の特権を生かし（生・稙物が住める・生きられる惑星）にどんな改造をしたか？」と、少し大げさなタイトルになります。
 

＝参考資料＝ 

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地球の生い立ちの続きー１1（系外惑星は大事なプレゼンター）

地球は厳しい「宇宙の手荒い洗礼」を受けました。

「微惑星」時代の惑星同士の衝突から始まった衝突・合体で、周りより早い成長が「岩石惑星」の厳しさに耐えに耐えた。
マグマオーシャン時代には、数え切れないほどの「微惑星」や「系外惑星」の襲撃のような衝突で、太陽系では得られない貴重な、岩石質（ケイ酸塩、金属）・ガス主成分（水素、ヘリウム）、あるいは大量の水分（ハイセアン惑星）など多岐にわたるプレゼンがありました。

観測による、「解体惑星」の存在も見逃せません。＊ハイセアン惑星（系外でハビタブルゾーンのある惑星）

「解体惑星」は、聞きなれませんが、惑星の仲間で「主星」（恒星）に極端に近すぎ表面温度が数千度以上で岩石や金属が蒸発し、さらに強力な潮汐力（重力）によって惑星自体も引き裂かれ、「星」の球体が崩れ「塵」が尾の様になり、最終的には主星に吸収される運命です。
「地球惑星」がマグマ状態のとき、水星や金星より近い位置に「解体惑星状態」の惑星があって「燃え盛る地球惑星」の引力に吸引されたようです。
また「超新星爆発」以降、太陽系内の空域には、ダイヤモンド、炭素、メタンなどの「白い」ヘイズ粒子が舞っている例や、重い元素が蒸発した「解体惑星」の観測から示唆されています。
＊ヘイズ粒子：工場や森林火災で発生する大気中に浮遊する固体粒子
（非常に小さく肉眼で見えない直径0.1ミリ位、
（弊害：呼吸器疾患・心血管疾患・視界不良）

地球惑星が、地核岩盤もマグマの様に溶けた悪夢の４億年から６億年経過し、地面が冷えたころ惑星の仲間は、はるか彼方で「超新星系星雲」もかなり冷却し同時期に誕生した「太陽の子」も、熱さも感じないほど離れ「星雲」が離れたわけではなく、「星雲」が広がって、系内の惑星も距離が出来「星間空間」に孤立した気分だ。

岩石惑星の火星も遠くなり、マグマオーシャン時代に正面からぶつかってきた「惑星片」がちょっと距離を置いて、太陽光線を受けて青白く見え、地球の影響力で周回しているようだ。

地球は「水」は凍らず、太陽が離れる時期には雪が降ったり、それが過ぎるころには地表の冷えたところに苔のような生物がでてくる。

地球惑星が「原始太陽系円盤」内で、水が氷（固体）になるか、水蒸気（気体）のままになるかの「スノーライン」の「境界線」でした。

「太陽系形成時」は、「スノーライン」がもっと太陽に近く、その後「原始太陽系円盤」が冷却し「スノーライン」も外側に移動した様に感じます。

地球惑星が形成された当時は，境界の内側は「常温」が暑い領域だったようです。

地球のマントルは既に「対流」をはじめ、「プレート」の境目などから自前の「マグマ」を吹き出し、プレート・海嶺・海底火山を形成していたようです。

地殻部分が冷却した部分には海上に頭を出し、「島」が形成された所もあります。

現代の、「マントル対流」が「マグマ」になって噴出している画像です

（画像引用：JAMSTEC ジャムステック）

地球誕生の頃は、想定できませんが４６億年も経ち、この現場で試料を採集しています。
「海洋研究開発機構」の皆様は、 この東京都の噴火島の海底の火山礫を採集して「マグマの組成」を分析地球形成時の「謎」を追っています。

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 銀河系(NASA)： https://www.eso.org/public/images/eso1339e/
 国立天文台：https://www.nao.ac.jp/gallery/weekly 
東大-理学系研究科 理学部：https://www.u-tokyo.ac.jp/content/400031452.jpg
 Wikipedia：https://ja.wikipedia.org/ 
Rekisiru:https://rekisiru.com/6396 
総合科学:https://www.gcoe-earths.org/ishigaki2010
 ソラココ：https://soracoco.com/
 海洋研究開発機構 :（JAMSTEC ジャムステック）www.jamstec.go.jp