地球环境

2006/0607地球と環境1地球と環境１：宇宙と地球について宮路茂樹（大学院自然科学研究科）[e-mail]:~miyaji第３回：太陽系と生命の起源2006/0607地球と環境2太陽系の中の地球地球は太陽系の中で特異な位置に存在しています。地球の特徴を考える上で、太陽系の構造をもう一度復習しましょう。太陽系：太陽、惑星、彗星、塵等からなる系惑星の型：地球型惑星、木星型惑星それ以外に太陽からは太陽風が吹き出し、地球の電磁気圏と相互作用を起こし、いろいろな影響を与えています。太陽系の主な天体を、大きさの比を保って一直線上に並べた図2006/0607地球と環境3惑星の型物理量水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星質量(M地)0.0550.8151.000.107317.8395.1614.5417.150.0022半径(R地)0.380.951.000.5311.219.454.013.880.18密度(g/cm3)5.435.245.523.931.330.691.271.642.13衛星数001216181581大気の主成分無しCO2N2CO2H2H2H2H2惑星の物理量地球型惑星低半径、低質量、高密度衛星小重元素の大気木星型惑星大半径、大質量、低密度衛星多水素・He大気2006/0607地球と環境4金星・火星の近景パナラ峡谷系太古の火星の表面を流れていた、液体よる浸食で形成された。火星の全体像金星表面の雲（紫外線撮影）金星の地表硫酸雲の為、赤みがかって見える。2006/0607地球と環境5木星・土星の近景土星と衛星達（上）土星大気の模様（下）木星と衛星達（上）木星の大赤斑の変化（下）2006/0607地球と環境6氷惑星と彗星百武彗星天王星オールトの雲ハレー彗星の中心部海王星冥王星2006/0607地球と環境7オールト天体と彗星百武彗星オールトの雲ハレー彗星の中心部冥王星2006/0607地球と環境8隕石と隕鉄石質隕石（コンドライト：未分化な石質）石質隕石（エイコンドライト：玄武岩質）隕鉄火星起源の隕石（約１．８億年前に放出）小惑星（ベスタ）起源の隕石2006/0607地球と環境9太陽系外の惑星探査現在９７の恒星に１７０個の惑星が存在する事が知られている。（２００６／５／３０現在）１０恒星系では惑星が複数存在している。恒星のスペクトル型はF7-M42006/0607地球と環境10太陽系外の惑星探査ー２現在発見されている太陽系外の惑星は全て木星型のガス惑星である。惑星探査手法の問題（軽い惑星は見つけにくい：木星質量の約１８倍以上）恒星系の初期密度の違い2006/0607地球と環境11太陽系起源のシナリオ星間雲の重力収縮：１０6年：自転運動の顕在化原始星、原始太陽系星雲の形成：１０5年：固体物質の赤道面への沈澱微惑星の形成・成長：１０4年：ガス雲内部での衝突成長原始惑星の形成：１０7年：自己重力圏の形成惑星大気の安定性：原材料の相違(硅酸塩、氷)、崩壊型の大気構造の出現、２つの惑星型の発生原始太陽形成雲の散逸：１０6年：Ｔタウリ型星時代の星風の効果原始大気の散逸・存続、散逸後の衝突：ジャイアントインパクト（月、小惑星の起源）2006/0607地球と環境12惑星形成の概観内側は比較的高温なので、珪酸塩鉱物からなる塵が固まる。外側は低温なので、氷が塊、多数の微惑星ができる。2006/0607地球と環境13惑星の起源現在太陽系以外にも惑星を持つ系は９０も観測されており、星が作られる過程で普遍的に誕生するものと考えられています。原始星等では惑星の元となる降着円盤やジェット等も観測されています。惑星の種となる物質の違いによって地球型と木星型の惑星が生まれたと考えられています。原始星を取り巻く円盤とジェット内側は高温で珪酸塩鉱物からなる塵が外側は低温で氷が塊る。2006/0607地球と環境14惑星大気の起源木星型惑星大気（軽元素大気）と地球型惑星大気（重元素大気）の違いは惑星の起源に起因している。原始太陽系星雲散逸時に崩壊型の大気を持っていたもの（木星型）重力圏内の大気が安定であったもの（地球型）散逸後も原始大気を保持（１次大気）散逸時に大気を喪失後に内部から大気が形成（２次大気）2006/0607地球と環境15２次大気の形成地球型惑星大気と火山性ガスとの類似二酸化炭素、水蒸気、窒素放射性元素による大気の形成年代測定地球形成初期（約４５億年前に地球大気の大部分が形成）原始太陽系星雲散逸後の冷却星雲内では温室効果により惑星表面が高温になっていた火星表面の液体による浸食月の海の起源(マグマオーシャン)惑星形成初期の大規模な脱ガス2006/0607地球と環境16地球大気の成分変化初期に海洋が形成温度降下に従い水蒸気が液化、二酸化炭素の溶け込み生物の発生生物殻として二酸化炭素が固定化陸上生物の出現酸素大気の出現最近は２酸化炭素が増加傾向にある2006/0607地球と環境17宇宙での生命の誕生宇宙における生命宇宙進化における生命の位置づけ生命の特徴炭素系生命体生命の進化2006/0607地球と環境18宇宙進化における生命の位置づけ宇宙の諸階層の起源宇宙・銀河系・太陽系・地球・生命無（熱平衡状態）からの構造の出現進化の行く末（宇宙の未来）と生命2006/0607地球と環境19生命の特徴生きている事と死んだ事「自発的な代謝」を行っているものが生物システムとしての生命自己形成・自己増殖する散逸構造体エントロピーを外部に捨てて自己を低エントロピー状態に保つシステム2006/0607地球と環境20生命の必要条件情報の保持機構高分子（半導体を含む）による記憶装置外界（環境）との共生エネルギー・エントロピーの移動を可能としつつ、自己を外界と区別する表面散逸構造の維持複数高分子による、熱平衡から離れた状態での極限軌道遺伝子の２重螺旋構造2006/0607地球と環境21生命を育む場所宇宙の中で生命が誕生しうる場所はどのような所だろうか？近くにエネルギー源がある事生命体は不透明である事何らかの凝縮機構が存在する場所中程度の温度である事温度が３、０００度以下、数十度以上である場所情報高分子が存在する事重元素が十分ある場所地球型惑星・衛星の表面2006/0607地球と環境22惑星上の生命高分子合成のための凝縮機構固体表面での界面機構：分子雲液状溶媒での蒸発外部エネルギー源太陽光、雷、地熱高分子重合のための溶媒中性液状溶媒：水、アンモニア、メタン最初に炭素型の生命が海で誕生するだろう。2006/0607地球と環境23宇宙で観測された分子電波望遠鏡で約８０種の分子が観測されている。これらの分子には普通の分子ばかりでなく、ラジカルや分子イオンなど地上では寿命の短いものも含まれている。2006/0607地球と環境24炭素系の生命構成要素アミノ酸L-型アミノ酸の重合体2006/0607地球と環境25普遍的な生体構成要素マーチソン隕石からは５５種のアミノ酸が検出されました。そのうち８種類は生体構成アミノ酸糖分も発見された（２００１年１２月）生命の海科学館（蒲郡市）2006/0607地球と環境26火星からの隕石に生物の痕跡？1994年NASA発表の根拠バクテリアの化石のように見える物体の存在、オレンジ色に見える炭酸塩や有機物の塊の存在、生命が関与したときだけに出来る磁鉄鉱の分析結果しかし、現在でも結論は出ていない。火星の隕石ALH84001とその顕微鏡写真2006/0607地球と環境27生命を育む惑星の条件惑星が存在する事恒星は単独星か遠距離連星地球型の惑星か衛星が存在する事恒星は種族Ⅰの恒星生命は超新星爆発の後に誕生する。2006/0607地球と環境28生命を育む惑星の条件惑星が存在する事恒星は単独星か遠距離連星地球型の惑星か衛星が存在する事恒星は種族Ⅰの恒星大気を保持している事液状溶媒が存在する事恒星の寿命が十分長い事2006/0607地球と環境29地球上でのエントロピー収支生命を維持するためには、代謝（余分なエントロピーを外部に捨てる事）が必須。低エントロピーなエネルギーの摂取高エントロピーなエネルギーの放出地球規模でのエントロピー収支太陽光（約５６００度の熱放射）を受光地球熱放射（約３００度の熱放射）を放出2006/0607地球と環境30収支一定の条件下での繁栄地球上でのエントロピー収支は固定エントロピー発生源の大小低エントロピー体（高級生物）ほど高いエントロピーを発生させる。余分なエントロピー発生の制限情報を維持した形での代謝