地球の生い立ちの続きー17（生命の起源はいずこかな？）

生命の起源を追っていましたが、「シアノバクテリアくん」の登場で大分進んだと思いましたが、深海の熱水噴出孔周辺の高温・高圧の環境が、金属硫化物がアミノ酸や核酸の有機化合物を作る触媒機能を果たしていたようで、深海か？陸と海洋の水際か？科学的な研究が進むと、素人には難解な話です。

＊生物の起源は、深海の熱水噴出孔の周辺であろういう説が最も有力になっています。 

熱水噴出孔周辺が生命誕生の場として挙げられる主な理由は以下の通りです。

エネルギー源ー深海で 400℃近い熱水が地殻から噴き出し、周囲の海水との温度差や化学的な不均衡が「熱水発電」のような電流を生み出し、有機物を合成する駆動力となったー

必須元素の供給ー噴出孔付近の金属硫化物（鉄、銅など）が、生命に不可欠なアミノ酸や核酸の元となる有機化合物をつくる触媒（触媒反応）として機能した

閉塞空間ー 噴出孔の岩石の隙間が、有機物が拡散して散逸するのを防ぐ「天然の細胞」の役割を果たした。

一方、「海洋の酸化鉄周辺」については、初期地球の海に豊富に溶けていた二価の鉄が光合成によって発生した酸素と結合し、縞状鉄鉱層を形成した（約25億年前～）ことが知られていますが、これは生命の「発生」というよりは、「初期の酸素発生型光合成生物（シアノバクテリアなど）が地球環境を酸素豊かな環境に変えた過程」を示す証拠として重要です

＊以上東京科学大学の前身（東京工業大学）の資料とJT生命誌研究館資料より転載

深海の海底火山周辺の熱水噴出孔

熱水の噴出が休止した噴出孔（チムニー煙突）

熱水墳趣孔周辺は高温・高水圧の環境で生物の生息は極めて悪条件だが、地球創成期の有機物組成等が措定され、現常も水深2000m~4000m(200気圧～400気圧）、水温100℃400℃前後の環境で、甲殻類や魚類が生息しています。

時代がすすみ、人類の研鑽が進み宇宙の果てまで旅することも、夢ではないようですね(^^♪

＝参考資料＝
東京科学大学：https://www.isct.ac.jp

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地球の生い立ちの続きー16（地球に陸地と生物の兆し）

地球は誕生して５億年から６億年の間、全球がマグマの海で高温高圧の火の玉のような惑星だった。
＊地球誕生の環境が、超新星爆発で形成された密度の濃い「星間物資」の星雲だった。
初期の宇宙組成元素の「水素」や「ヘリウム」より重い、「ホウ素・炭素・窒素・酸素・珪素・鉄」などの元素同位体が、恒星内部で「核融合反応」生成し、これが超新星爆発で宇宙空間にばらまかれた。
そして、鉄より重い元素は超新星爆発時に生成したと考えられる。また、超新星爆発による衝撃波は星間物質の密度にゆらぎを生み、新たなる星の誕生を促している。（出典：フリー百科事典「Wikipedia」より）

この星雲は地球誕生前に、恒星になった太陽の生まれ故郷で、のちに「原始太陽系星雲（円盤）」と呼ばれるようになりました。
生まれた故郷が同じでも、宇宙塵の成分が岩石系だったので、直後から岩石や金属の浮遊体に好かれ、星雲の慣性で回転運動が周りを巻き込み成長も早かったようです。
岩石や金属系の微惑星は衝突の衝撃で熱を発し、瞬間的にマグマになり地表の岩が溶けマグマ状態が広がって、最終的に億年単位のマグマオーシャンの形成になりました。
前号で、原始海洋と原始大気が終息したのですが、海は「シアノバクテリア」の奮闘で酸化しましたが、大雨の後遺症で地上は大荒れが続いています。

超長雨の最終段階の想像図で、何処が地面で、何処が川で、何処が湖沼か区別がつきません

水は低い所に流れますが、堤防があるわけでもなく流れは毎日のように変わり、地面なのか、池なのか沼なのか、水は一杯になれば溢れ、流れる川も新たになります。
大気温度も低くなったが、雨が止んでも地上は落ち着きません。

地上が地上ではなく荒れ狂っていた時、世界中の低い部分が大きな水溜りになり、ぶつぶつ、ぐちぐちと泡立った原始の海が出来ていました。
1000年近く降り続いた水蒸気の結晶は、水だけではなく地中から噴き出した硫黄の分子や硫化物も上空に漂っていたのが一緒に降ったのと、大雨が満遍なく地球全面に浸みこみ、水溶化した物質は全て川に流れ、原始海洋に集まっていました。
マグマオーシャンとは違う様相で、原始海洋は大きく広がり地殻部分が狭められ、7:3の割合で海洋が大きくなり、所どころに島影が盛り上がっているがまだ樹木はなく、岩礁に濁った海水が打ち寄せていました。

３９億年前の岩礁です(^^♪

長い降雨で大気温も下がり、海水温度も下がり岩礁地帯水際が緑色になってきました。

「そうです、話が前後しますが、前号の主役が海中で活動し始めたのでした」
シアノバクテリアさんがヒタスラ活動し、海洋だけじゃなく太陽光線の当たる部分にも活動域を広げてきたのです。地球内核は誕生直後から、組成物質が多種多彩な同位元素や放射物質が反応し、猛烈なエネルギー活動で地上も地球内部も５億年から６億年の間、高温高圧の火の玉のような惑星でした。

＊地球誕生の環境が、超新星爆発で形成された密度の濃い「星間物資」の星雲だった。

初期の宇宙組成元素の「水素」や「ヘリウム」より重い、「ホウ素・炭素・窒素・酸素・珪素・鉄」などの元素同位体が、恒星内部で「核融合反応」生成し、これが超新星爆発で宇宙空間にばらまかれた。

そして、鉄より重い元素は超新星爆発時に生成したと考えられる。また、超新星爆発による衝撃波は星間物質の密度にゆらぎを生み、新たなる星の誕生を促している＊（出典：フリー百科事典「Wikipedia」より）

＝熱水噴出活動＝

地球内部の熱量の主な源は、ウラン、トリウム、カリウム40などの放射性元素の崩壊熱（約50〜80%）と、地球形成時の衝突・圧縮による蓄熱（初期熱）です。これらの熱が地球内部（マントル）を対流させ、火山活動やプレート運動（造山運動）の原動力となっています。

地球内部でマグマが岩石を溶かし、その熱エネルギーが地下水を熱して熱水を作ります。

 海底で熱水が噴き出す場所は「熱水噴出孔」と呼ばれ、マントル活動が活発な場所、特に海嶺（かいれい）などの海底火山の周辺で、見られます。

＊画像海底火山近くの黒色の熱水噴出（左側）
＊熱水が止まった熱水噴出孔（チムニー）右側

海水が海底地殻の裂け目から深くしみ込み、マントル付近にあるマグマによって加熱されて熱水となり、再び上昇して噴き出したものです。

 噴出する熱水には金属硫化物などが含まれ、噴出孔周辺には多様な生態系が形成されるなど、海底火山活動が生み出す特徴的な地質現象です。

地球内部から噴出する熱水噴出孔周辺は、、熱水中の鉱物をエネルギー源として有機物を合成する化学合成細菌や古細菌が大量に増殖しており、アミノ酸やタンパク質などの有機物があふれています。

 熱水中の成分や、好熱性の微生物が大量に噴出することで、周辺環境が豊かな有機物環境となっているため、生命の起源を探る上で熱水噴出孔が重視されています。

要約すると、熱水噴出孔周辺はアンモニアが豊富に存在し、アミノ酸が結合してタンパク質（ペプチド）になる、初期生命が誕生するのに適した「化学的な工場」のような環境です。

＊＊熱水墳出の原理は、海底の割れ目から海水が地殻深くまで浸透。

地下深く（地殻とマントルの境界付近など）にあるマグマの熱で海水が加熱される（200〜400℃以上）。この過程で、熱水は周囲の岩石から金属成分（鉄、銅、亜鉛など）を溶かし込み、周囲の海水とは全く異なる組成になる。

 加熱された熱水は軽くなり、浮力で海底へ上昇し、熱水噴出孔（チムニー）から周囲の冷たい海水（約4℃）中に噴き出す。（ JAMSTEC ジャムステックの資料より） ＊＊

つまり、熱水は「マグマの熱」によって温められた「海水」です。

＝参考資料＝

H78hB:BraW.-r3Z

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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＝ 

ネオマグ：https://www.neomag.jp

sorae:https://sorae.infol

日本ジオパーク：https://geopark.jp/
朝日デジタル：https//:degital.asahi.com

東京大学大学院理学系研究科
地球惑星科学専攻：https://www.eps-s-utokyo.ac.jp

気象庁：https://ds.data.jma.go.jp/

日本天文学会：https://astro.dic.jp

グーグル:https://www.google.com/

広島大学：中久喜伴益のホームページ

EICネット：https://www.eic.or.jp › ecoterm

高校地理の部屋:"https://geo-hs.com/divergentboundary/"
 福徳丘の場の観測日報：ttps://www1.kaiho.mlit.go.jp/kaiikiDB/kaiyo24-2.htm 
デコ活しました：https://ondankataisaku.env.go.jp 
海上保安庁HP:https://www1.kaiho.mlit.go.jp/GIJUTSUKOKUSAI/kaiikiDB/kaiyo24-2.htm
 Kaoru GreenEmerald : https://www.youtube.com/watch?v=-mKu5dIns4c
 伊豆半島ジオパーク：https://izugeopark.org/maps/category-b01/ 
神奈川県自然環境保全センター:https://www.agri-kanagawa.jp/web_taisho/sanchi/sanchi_2.html
日本列島周辺のプレート:http://www5d.biglobe.ne.jp/~miraikai/nihonnopureito.htm 
（社団法人）全国地質調査業協会連合会：www.zenchiren.or.jp
 東京薬科大学：https://www.toyaku.ac.jp
 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