地球と環境問題2 地球の進化-特に地殻・海水・大気

 地球の進化-特に地殻・海水・大気について
 地球は、約46億年ほど前、太陽系内で誕生した。その後、コアの形成、大気の形成、マントル-地殻の分化といった進化を経て、現在の地球へと姿を変えてきた。その変化は生物の変化と似て、一方的な非可逆的進化である。

1 地球の進化を支えるエネルギー
 「生きている地球」の進化を支えるエネルギー源として次のものがある。
(1) 集積エネルギー・・・地球が誕生する時の衝突・合体を繰り返した際の蓄積エネルギーのことで、約2.5×1023Jと推定される。
(2) コア分離エネルギー・・・地球の内部を鉄のような重い物質が層状に維持されるためのエネルギーで、1×1031Jと推定される。 
(3) 放射性元素の壊変エネルギー・・・U、232Th、40Kなどの放射性元素が地球の誕生時から放出している熱エネルギー,積算で1×1031Jと推定される。
 これら3種のエネルギーのうち、集積エネルギーとコア分離エネルギーは、地球史の初期に特に寄与したと推定される。


《 日本の地震はほとんど太平洋プレートとフィリピン海プレートの沈み込みで起きます 》

2 地殻の進化
 地質時代の火山活動や造陸運動は、大部分は前記の放射壊変エネルギーによるものと考えられている。
 地殻の歴史は地質を研究することによって、ある程度知ることができる。グリーンランド南西部の調査から、大陸の岩石の一部は37.5億年前のものであることが分かっている。また、北米大陸の岩石は、25億年前のものであることが示されている。同時にボーリング調査とRb-Sr法・K-Ar法の年代決定で、地中深くにも古い岩石があることが分かってきた。何割が37.5億年前からあり、何割かが造山運動で若返ったかは明らかではないが、断片的に地殻の年代が分かりつつある。
 一方、大陸の造山運動は繰り返し起こったことが知られているが、通常、次のような(1)→(2)→(3)→(4)の変動があると考えられている。
(1) 大陸の細長い帯状の部分が沈降して浅い海溝となり、そこに堆積物や火山性の岩石が蓄積する。
(2) 下層の岩石は変成作用を受け、地層の激しい褶曲(しゅうきょく)や花崗岩の貫入や火山運動が起こる。
(3) 浅い海溝(地向斜)は幅を広げ、(1)と(2)を繰り返す。
(4) 最後に造山帯の大部分の隆起が生じる。
 普通見られる山岳の地形は、隆起した岩石がその後浸食されることによって生ずる。何億年もの間には高い山脈はすっかり浸食されるが、アイソスタシーの均衡によって柱状の山脈がゆるやかに隆起してバランスを保つ。

3 大陸移動とプレートテクトニクス
 大陸移動の考え自体は新しいものではなく、1668年のP.プラセットや1858年のA.スナイダーらが移動説を提唱している。しかしながら、本格的な貢献をしたという点で、次の3人-F.B.テイラー、H.B.ベイカー、A.ウェゲナーを挙げることができる。
 テイラーは1908年に「地球のもっとも若い褶曲山脈系の構造と分布が大規模な大陸移動を暗示している」と発表し、北アメリカとグリーンランド、アフリカと南アメリカが分離してできたことを示した。
 ベーカーは1911年に「現在の諸大陸はかつては一つの大陸であり、1000ないし2000万年前に現在の位置に急速に動いた」と発表した。
 ウェゲナーはテイラーとベーカーにわずかに遅れたが、1912年に遙かに包括的な移動説を提唱した。その後の発表を通じて、彼は、はじめにパンゲアという超大陸があり、それがジュラ紀(約1億7000万年前)に分解し始め、次々に大陸の離散が続いて現在に至ったと考えた。海を渡る氷山のように、大陸が地表面を移動すると推論した。
 ウェゲナー後に、A.ホームズの対流による海洋底拡大説やA.L.デュトワのローラシア・ゴンドワナ説が提唱されている。

4 大気と海洋の進化
 大気と海洋はいずれも地球誕生後に、地球内部から2次的に導かれたものである。初期の大気は固体地球内部から脱ガスし、形成されたものと考えられる。組成は高温下で岩石と化学平衡にある揮発成分(H・C・N・O・S)の結果として、CO2・N2・H2Oを主体とした。その後、植物の光合成などでO2が加わって現在に至った。海洋は地球内部から水蒸気が脱ガスし、凝縮して海洋となった。そして、急速に大気からCO2を吸収し、現在に至ったと考えるとよくわかる。

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