海が形成される何百万年も前から地球には雨が降っていたと言われるのはなぜでしょうか?

地球は液体の水で満たされた惑星であり、その表面の約 71% は海水で覆われていますが、この数字は地球温暖化による海面上昇により増加しています。

海底がどんな様子なのか気になった人も多いのではないでしょうか。簡単に答えると、陸上とほぼ同じだということです。山、峡谷、平原がありますが、それらはすべて低い場所にあります。

しかし、陸上の地形図を作成するために使用する衛星レーダー技術は水中ではうまく機能しないため、水中の世界を完全に描写できた人はまだいません。

実際、海洋の探査はより困難であるため、月や火星の地図は地球の海洋の地図よりも鮮明で信頼性が高くなっています。

水中の世界は私たちにまだ多くの幻想を残していますが、実際もっと不思議なのは、なぜ地球だけに海があるのか​​、そして地球の膨大な水資源はどこから来るのかということです。

地球上の水資源はどこから来るのでしょうか?

地球は至る所に液体の水で満たされていますが、地球全体の構成と比較すると、凍結、蒸発、液体を含む地球表面のすべての水資源の総量は、現在の地球の体積の約 1000 分の 1 にすぎません。

水資源のほとんどは海にあり、地球上の全水資源の約96.5％を占めています。地球上の淡水はわずか3.5%で、淡水の約68%は氷河の中にあります。淡水資源は実に不足しているので、水を節約しましょう。

海水が非常に塩辛い理由は、地球のプレートテクトニクスの影響を受け、大量の液体の水が地球内部の物質と混ざるためです。

つまり、地球上の水資源のほとんどは実際には「汚染」されており、地球上の水資源の源の研究に多くの問題をもたらしています。

現在、地球上の水資源の源については主に3つの仮説があります。 1 つ目は、地球がその形成の初期段階における集積の過程で水資源を集めたというものです。 2つ目は、地球の形成中および形成後に、水分を豊富に含む隕石が徐々に地球に水資源をもたらしたというものです。これらの隕石は、今日でも見られる炭素質コンドライトに似ている可能性があります。 3 番目も後から成長したものですが、現在私たちが目にしている彗星のような氷の小惑星が徐々に地球に水資源をもたらしました。

地球の水資源の正確な起源を知りたいのであれば、地球の水資源の現在と過去の構成、さらに隕石や彗星の水資源の構成を理解する必要があります。

炭素質コンドライト、画像提供: Mario Müller

まず第一に、隕石が地球の水資源を大量に運ぶことは絶対に不可能です。

これは、炭素質コンドライトには一般にキセノンという不活性ガスが多く含まれているためです。キセノンは現在地球上では希少であるため、ほとんどの人が聞いたことがないかもしれません。

実際、地球の水資源の主な供給源の 1 つに隕石が含まれていれば、地球の大気中のキセノン含有量は現在の 10 倍以上になるはずです。

画像: ハレー彗星

第二に、彗星が地球に多量の水をもたらすことは不可能です。

これは、ハレー彗星と百武彗星（水分子が詳細に研究された唯一の彗星）の水氷の研究により、彗星の氷には水素原子の重い同位体である重水素原子が豊富に含まれていることが示されたためです。

地球の水資源が主に彗星から来ているのであれば、地球の水分子の重水素比（D/H比）は非常に高いはずですが、地球上の実際の状況はそれほど高くありません。

実際、地球上の水資源の重水素比は、地球の形成中に増加し続けたはずです。これは、重水素が水素よりも重く、通常の水素は水分子が光分解された後に失われやすいためです。これが、現在、金星の重水素と水素の比率が異常に高くなっている主な理由の 1 つです。

しかし、現在、地球上で重水素と水素の比率を下げることができるプロセスは知られていない。たとえ小惑星が水資源を運ぶとしても、その水資源の重水素と水素の比率は、現時点では地球の海のそれと基本的に同じです。

初期の太陽系。画像提供: NASA/JPL-Caltech

したがって、彗星によって運ばれる水資源は二次的なものにしかすぎません。地球の現存する水資源の最も可能性の高い源は、原始惑星の形成によってもたらされた水です。

もちろん、地球は最初から水分子ではなく、宇宙で最も一般的な元素であり、初期の星雲で最も多くを占める元素である水素から始まったと考えられます。

その後、水素はさまざまな他の元素と結合して、今日私たちが使用している水やその他の水素含有化合物が形成されました。

しかし、ここで一つ言及しておかなければならないのは、地球の水資源はその後の地殻変動でしばしば「汚染」され、現在では地球表面の水資源量は地球内部の水資源量よりもはるかに少なくなっているということである。研究によれば、マントルの総水分量は海の3倍であることが明らかになっています。

図: 地球の構造

そのため、火星はプレートテクトニクスの影響をほとんど受けないと多くの研究者が考えているため、人々は火星の水資源を理解することで、惑星の水資源の源についてさらに詳しく知りたいと期待しています。

地球の海はどのようにして形成されたのでしょうか?

地球の水資源の源を理解すれば、海洋の形成は自然で明白なプロセスになります。地球が液体の水を維持できるほど冷えれば、海は自然に形成されます。

現在の研究と観測データによれば、原始惑星の形成は継続的な集積と衝突による緩やかな成長プロセスですが、どちらのプロセスでも大量の熱が放出されます。

初期の地球。画像クレジット: SwRI/Simone Marchi

したがって、初期の地球は非常に高温で、あらゆる物質が溶融状態にあるほど高温であったため、液体の水が存在するかどうかという疑問は存在しませんでした。

惑星が安定し、小惑星の衝突がなくなると、惑星は徐々に冷えていきます。地球は太陽系の生命居住可能領域に位置しており、受ける太陽放射は液体の水の存在を支えることができます。

地球自体が冷えるにつれて液体の水が自然に現れましたが、地球の海が形成されるまでには少なくとも数百万年かかりました。これは、地球が数百万年にわたって雨を降らせて海を作ったといういわゆる理論です。

地球が非常に暑かった頃、水資源は主に水蒸気の形で地球の大気中に存在していました。地球が冷えた後、雨が降り始めました。地球にとってのこの重要な転換点は約 38 億年前に起こりました。

しかし、雨は地面に落ちた瞬間、あるいは落ちる前に再び蒸発し、地球は水を水蒸気に変え続けることでさらに冷え、ついには地球の表面に液体の水が存在できるようになります。

このプロセスは何百万年も続きました。当時、地球は常に激しい対流気象に見舞われており、それは非常に厳しいものでした。しかし興味深いのは、激しい対流によって引き起こされた雷が、その後の海洋における生命の形成に役立った可能性があるということです。

何百万年にもわたる降雨により、雨が地球の表面を洗い流し、最終的に川が作られ、既存の盆地に水が蓄積されて海が形成されました。

海の出現は地球に根本的な変化をもたらし、地球の大気の構成の変化（主に海水による二酸化炭素の吸収）や生命の出現を可能にしました。

やっと

また、金星や火星など太陽系の生命居住可能領域にある惑星の中で、なぜ地球だけが最終的に海を形成したのか、不思議に思うかもしれません。地球上のすべてのものはちょうど良いとしか言​​えません。

地球はちょうどいい大きさですが、火星は小さすぎますし、火星は中心温度を長く維持する能力がありません。

地球と太陽の距離はちょうど良いのですが、金星は近すぎます。金星が形成された後、その大気中の二酸化炭素の割合が非常に高かったため、地球全体に温室効果が生じ、水資源は太陽光の下で液体の形で存在することは決してできませんでした。

しかし、今では、海が地球上の生命のゆりかごであるというのは一般的な見解です。しかし、地球の海の水資源が基本的に惑星形成時の集まりから来ているのであれば、地球上の生命は依然として独特なものなのでしょうか?

出典: ウィアード・ルオ