私たちの惑星の熱い青春時代、地球の大気はどのような特徴を持っていましたか?溶岩とガスを使った実験室での実験により、この疑問に対する洞察が得られました。 45億年前、今日の金星と同じような大気がマグマオーシャン上に出現しました。科学者らは、地球の大気が近隣の惑星とは異なる発達を遂げ、最終的に生命に優しい環境を可能にしたという事実は、太陽からの距離が遠くなったことに関係していると説明している。
今日、海、山、緑豊かな風景が地球の表面を特徴づけている場所には、かつては泡立つ残り火しかありませんでした。45億年前、私たちの地球はまだ完全に溶けた岩石で覆われており、今日では火山からのみ現れる種類です。この地表の元の状態は科学的に証明されていますが、その上に何があったのかは不明です。チューリッヒのスイス連邦工科大学が率いる国際研究チームは現在、先史時代の地球で起こり得る状況をシミュレートすることで原始大気の研究に専念している。 「45億年前、マグマは大気と絶えずガスを交換していました」と主著者でチューリッヒ工科大学のパオロ・ソッシ氏は説明する。 「空気とマグマは相互に影響し合っています。一方を調べると、もう一方についても何かがわかります」と科学者は言います。
浮遊実験用マグマ
地球の原始大気について結論を引き出すために、彼と同僚は実験室で独自のマグマを生成しました。これを行うために、彼らは地球のマントル物質の組成に対応する混合物を作成し、その粉末を加熱して輝く液体状態にした。材料に必要な摂氏 2000 度の温度を与え、ガスと結合できるようにするために、科学者たちは高度な技術を使用しました。つまり、粉末を特殊なオーブンでレーザー ビームを使用して加熱しました。研究者らは、いわゆる空気力学的な浮遊のプロセスを利用して、光る塊を浮遊させた。実験室のマグマは、いわば、狙ったガスの流れの上で踊った。これらは混合物であり、その組成は原始大気のさまざまな可能性を表しています。
研究者らが説明しているように、ガス混合物がマグマに及ぼす影響により、45 億年前の大気の組成について結論を導き出すことができました。 「私たちはマグマ中の鉄への影響に特に興味を持っていました。鉄は酸素と出会うと酸化し、一般に錆びと呼ばれるものに変化するからです」とソッシ氏は言います。炉内の混合ガスに酸素が多量に含まれていた場合、マグマ中の鉄の酸化がさらに進んだ、と科学者は説明する。
サンプルが冷却された後、研究者らは混合ガスの組成に応じて鉄がどの程度酸化されたかを調べることができた。次に彼らは、得られたデータをいわゆるかんらん岩の分析結果と比較しました。これらは、45 億年前に遡る、現在の地球のマントルからの岩石です。したがって、彼らは当時の雰囲気の影響下で形成されました。
今日の金星に似ています
「初期のマグマ状態から冷却した後、若い地球には、主成分として二酸化炭素と、窒素と若干の水が含まれるわずかに酸化性の大気しかないことがわかりました」とソッシ氏は報告しています。結果はまた、当時の表面圧力が今日のほぼ100倍高かったことも示しました。表面が高温であるため、大気はおそらくはるかに高い高度まで膨張したと考えられます。これらの特徴により、私たちの惑星の古代のガス殻は、現在の地球の大気よりも今日の金星のガス殻にはるかに似ていたと科学者たちは結論付けています。
この結果は、地球と金星が初期段階では非常によく似た特徴を持っていたことを再度示しています。しかし、姉妹惑星は異なる発展を遂げました。金星は太陽に非常に近く、それに伴う高温のため、長期的に水を保持することができず、最終的には水を宇宙に失いました。一方、地球は液体の宝物を確保することができた。これは、地球の大気のさらなる発展に影響を与えました。海洋は二酸化炭素の大部分を吸収し、それによって大気中の二酸化炭素の含有量が大幅に減少しました。最終的に、これは生命を可能にし、今日の青い地球を形作り続ける大気条件の発展につながりました。
出典: スイス連邦工科大学チューリッヒ校、専門記事: Science Advances、doi: 10.1126/sciadv.abd1387
