約46億年前の地球の誕生。

はい、colorful beansです。

サイエンス系では、これまで宇宙、物理学の記事を書いてきました。
今回は、地球の誕生にフォーカスして記事を書いていきたいとおもいます。

地球はどうやって誕生し、どのように進化してきたのか、できる限り細かな情報で記事にしていきたいと思っていますので、最後まで楽しんでください。

宇宙誕生から地球誕生まで
1. マグマとは？
先カンブリア時代とは？
1. 地球の分化
新しい空気が大気中に放出
地球の内部構造
地球に起きた神秘的な現象の数々
地球以外の惑星の情報
後書き

宇宙誕生から地球誕生まで

38億年前、「ビッグバン」という非常に大きな爆発現象によって、宇宙は作り出されました。ビッグバンが起きたことで、素粒子が誕生し、その後水素、ヘリウムと続きました。宇宙空間を漂う水素やヘリウムなどのガスたちは、ゆっくりと回転しながらガスの濃い部分ができるようになり、大きな塊となって円盤状の形になります。その結果中心部の密度が上昇し、水素同士による核融合反応が起きてエネルギーを発するようになりました。これが「原始太陽」と考えられています。そして原始太陽によって作られたエネルギーが宇宙空間に放出されることで、太陽周囲のガスや塵たちが衝突・合体を繰り返すようになりました。

46億年前 – 「地球誕生」原始太陽のエネルギー放出によって合体したガスや塵たちは、5000万年程の時間をかけ次第に巨大化し、「原始惑星」が誕生しました。これが地球です。誕生したばかりの地球の表面はドロドロに溶けたマグマで埋めつくされていました。大気は水素とヘリウムしかなく、太陽を取り巻く環境と似ています。しかしこれらの大気は非常に軽いため、太陽風によってほとんどが吹き飛ばされてしまいました。

マグマとは？

地球の誕生当初は地球の表面がドロドロに溶けたマグマで述べられていたという説が一般的に支持されています。この時期は「地球のマグマ海」と呼ばれています。

地球が形成される過程で、重力によって物質が集まり、根源的な岩石の結合体や惑星の形成が一時しました。この過程では地球に非常に高温になり、表面の岩石は溶けてマグマになりました地球の初期の状態では、大気も形成されずに、地球全体がマグマで包まれていたと考えられています。

つまりマグマは燃えているのではなく、溶けているという状態が正しい認識のようですね。

先カンブリア時代とは？

このマグマ海は時間の経過とともに冷え固まり、地球の地殻が形成される過程を経て、現在の地球の表面が形成されました。地球の表面が固まってからも、地下では地殻の下にマグマが存在しており、火山活動やプレートテクトニクスによってマグマが表面に噴出することがあります。

46億年～5億4000年前 – 「先カンブリア時代」やがて太陽の活動は弱まってきます。それにより太陽風の影響も少なくなってきました。その頃には地球の表面のマグマの活動性も低下し、放射冷却によって温度が下がったことで「地殻」ができます。

このような状態は、地球の初期の状態に関する科学的な研究と観測結果に基づいた推測ですが、さまざまな証拠やモデルがこの説を裏付けています。裏付けに至ってない部分もあり、今後の研究によって新たな発見がなされる可能性もあります。

地殻上でマグマの噴火が起き、それと共に二酸化炭素やアンモニアなど新しい空気が大気中に放出されました。

地球の分化

地球の分化とは、地球が誕生した後、重力によって物質が密度に応じて分離し、地球が内部構造を持つようになる過程のことを指します。この過程により、地球は鉄分が豊富な固体の内核、溶融した外核、固体のマントル、そして私たちが住んでいる地殻といった層へと形成されました。

地球の内部構造は、力学的性質によるものと化学的組成による二通りで定義されています。力学的には、内部構造がリソスフェア、アセノスフェア、メソスフェア、外核、内核に分けられています。化学的には、地球は地殻、上部マントル、下部マントル、外核、内核に分けられています。

新しい空気が大気中に放出

地殻上でマグマの噴火が起き、それとともに二酸化炭素やアンモニアなどの物質が大気中に放出される現象は、地球の初期の大気形成について詳しく解説します。

マグマの噴火: マグマの噴火は、地球の地殻上でマグマが地表近くまで上昇し、地表に噴出する現象です。が噴火口から噴出すると、高温の溶岩とともにガスが大気中に放出されます。
ガスの放出:マグマの中には様々なガス成分が含まれています。噴火時には主に二酸化炭素（CO2）、水蒸気（H2O）、アンモニア（NH3）、メタン（CH4）などが放出されると考えられていますこれらのガスはマグマから気体へと昇華し、大気中に放出されます。
大気形成: マグマの噴火によって放出されたガスは、大気の主要な構成要素となりました。
これらのガスは大気中で相互作用し、地球の初期大気の形成に重要な役割を果たしました。
- 二酸化炭素（CO2）: マグマの噴火によって放出された二酸化炭素は、地球の初期大気の主要な成分でした。
  CO2は温室効果ガスとして機能し、地球の表面温度を上昇させる役割を果たしました。
- アンモニア（NH3）: アンモニアもマグマの噴火によって放出された重要なガスでした。
  アンモニアは窒素と水素から構成されており、窒素は現在の大気中の主要成分である窒素ガス（N2）の元となりしました。
- 水蒸気（H2O）: マグマの噴火によって放出された水蒸気も大気中に供給されました。
  水蒸気は温室効果ガスであり、地球の温度調節に重要な役割を果たしました。

これらのガスの存在により、地球の初期大気は温室効果によって暖かくなり、地表温度を上昇させました。また、噴火による物質の放出は、大気中の成分を豊富に供給し、生命の発展に重要ですな役割を果たしました。地球の大気構成はその後の地球の進化や生命の起源にも関連しています。

地球の内部構造

地球の構成のイメージ図。
出典：地球の衛星画像は、NASA VISIBLE EARTHのページにある「Earth – The Blue Marble」( Image created by Reto Stockli with the help of Alan Nelson, under the leadership of Fritz Hasler) を使用。publicdomain　よりく詳しい情報はこちら

地球の内部構造は、中心から外側に向かって、内核、外核、マントル、地殻の4つの層に分けられます。内核は主に鉄とニッケルから成り、固体です。外核も主に鉄とニッケルから成りますが、こちらは液体です。マントルは主に珪酸塩鉱物から成り、固体ですが、長い時間スケールでは流動する性質を持ちます。地殻は最も外側の層で、主に花崗岩や玄武岩などの岩石から成ります。

地球に起きた神秘的な現象の数々

地球の誕生からマグマの噴火やガスの発生後、地球上では様々な現象と進化が起きました。以下にそれらの主な要点を詳しく解説します。

大気の形成: マグマの噴火によって放出されたガス（水蒸気、二酸化炭素、一酸化炭素など）が大気を形成しました。これにより、地球の表面には初期の大気が存在するようになりました。
水の存在: 地球の初期には、マグマの冷却や衝突石の衝突によって水が地球に供給されました。水蒸気が大気中に存在し、地球表面の温度が下がると、水蒸気は液体の水として地表これにより、地球上には初期の海洋が形成されました。
地殻の形成: 地球初期のマグマは冷却・固化して地殻を形成しました。この地殻は岩石から成り、大陸と海洋の基盤となりました。地殻の形成によって地球上の地形が形成され、岩石が岩盤や山脈として現れました。
生命の起源: 地球上での最初の生命の起源は、地球の初期の海洋で行われたと考えられています。この過程が地球上での最初の生命の誕生まで続いていきました。
大気の変化: 生物の進化に伴い、光合成が進化することで酸素が大気中に増えていきました。酸素が増加することで、酸素呼吸を行う生物が出現し、酸素が地球上で重要な役割合法になりました。
気候の変動: 大気中の二酸化炭素の量や他の温室効果ガスの存在により、地球の気候が変動しました。温室効果により地球の表面の温度が保たれ、生物の進化や環境の形成に影響を与えました。

これらの現象や進化の過程は地球の歴史において複雑で相互にしています。科学者たち、地球の岩石や化石、化学組成、地層などの証拠を調査・分析し、地球の進化や環境の変化を察するためにまいります。

地球以外の惑星の情報

太陽系の主な惑星（水金火木土天海冥）の特徴成分、大気、水、気温、風速などを整理して伝えます。

水星（すいせい）:

成分：主な成分は金属と岩石で構成されており、地殻は主にケイ酸塩からなります。
大気: 水星にはほとんど存在せず、非常に希薄なガスが微量しかありません。
水: 水星にはほとんど水が存在しないと考えられています。
気温: 表面の気温は昼間には摂氏400度以上に上昇し、夜間には摂氏-170度まで下がるような温度変化があります。
風速: 大気希薄でほとんど存在しないため、風速はほとんどありません。

金星（Venus）:

成分:金星は主に岩石と金属から構成されています。地表は主にケイ酸塩で形成されています。
大気: 金星の大気は非常に素晴らしく、主に二酸化炭素(CO2)が約96%を遠慮しています。その他にも窒素(N2)や微量の酸素(O2)などが存在します。硫黄などの成分も含まれています。
水: 金星の表面温度が非常に高いため、液体の水は存在しません。水蒸気は大気中に存在しますが、高温と高圧のために大気中に急速に分解されます。
気温: 金星は太陽から比較的近く、温室効果によって表面温度が非常に高いです。平均して摂氏約462度（摂氏735ケルビン）に達し、地表温度は他の太陽系の惑星よりも非常に高いです。
風速:金星の大気中には非常に強い風が吹いており、風速は地表で時速100メートル以上に達することもあります。

金星はとんでもない温度と圧力のため、限界ギリギリな環境を持つ惑星とされています。

火星（かせい）:

成分:火星は岩石と金属で構成されています。地表は主に鉄とマグネシウムを含む鉱物からになります。
大気: 火星の大気は非常に希薄で、主に二酸化炭素（CO2）が約95%を占めています。その他窒素（N2）やアルゴン（Ar）などのガスが微量に存在します。
水: 火星には氷や凍った水が存在することが知られています。氷が極地や一部の地域の地下に存在し、湖や氷河の形で見つかることもあります。
気温: 火星の平均気温は摂氏約-63度（摂氏210ケルビン）ですが、季節や地域によって大きく変動します。極地ではさらに寒くなることもあります。
風速: 火星の大気は薄いですが、風速は地表で時速数十キロメートルに達することがあります。特にダストストームが起きると、風速が非常に高くなることがあります。

木星（Jupiter）:

成分:木星は主に水素（H2）とヘリウム（He）から構成されています。これらのガスは木星の大気の中で非常に豊富です。また、微量のメタン（CH4）、アンモニア（NH3）、水蒸気（H2O）などもあります。
大気: 木星の大気は非常に広く、多層構造を持っています。上層大気は雲で予告されており、主にアンモニアや硫黄の化合物からなる雲が存在します。な模様や帯が形成されています。
水: 木星には水が存在しますが、その量は他の成分に比べて少ないと考えられています。水は主に雲や大気中の水蒸気として存在します。
気温: 木星の気温は内部の温度と大気の層構造によって異なります。上層大気の温度は摂氏-145度（摂氏128ケルビン）程度ですが、内部に向かうほど温度が上昇し、非常に高い温度を持つと考えられています。
風速: 木星の大気中は非常に強い風が吹いており、特に赤道付近では時速100メートル以上の風速が観測されています。これらの風は木星の回転によって発生し、大気の模様や帯の形成に影響を与えています。

木星は太陽系で最も大きな惑星であり、巨大なガス惑星として知られています。その特異な大気と風速、さらには衛星や大赤斑などの特徴的な観測対象も持っています。

土星（どせい）:

成分:土星は主に水素（H2）とヘリウム（He）から構成されています。これらのガスが大気を形成しています。また、微量のメタン（CH4）、アンモニア（NH3）、水蒸気（H2O）などもあります。
大気: 土星の大気は木星と同様に非常に評判、多層構造を持っています。上層大気ではアンモニアやメタンなどの化合物からなる雲が存在し、土星の特徴的な模様や帯を形成しています。
水: 土星には水が存在しますが、その量は他の成分に比べて少ないと考えられています。水は主に雲や大気中の水蒸気として存在します。
気温: 土星の気温は上層大気では摂氏-180度（摂氏93ケルビン）ですが、内部に向かうほど温度が上昇し、非常に高い温度を持つと考えられている程度です。
風速: 土星の大気中にも非常に強い風が吹いており、時速100メートル以上の風速が観測されています。特に赤道周辺の風速が速く、周囲の環状帯（衛星の歩道）の運動にも参加していますしています。

天王星（天王星）:

成分:天王星は主に水素（H2）とヘリウム（He）から構成されています。これらのガスが大気を形成しています。また、微量のメタン（CH4）やアンモニア（NH3）も存在します。
大気: 天王星の大気は非常に広く、上層大気ではメタンの氷や雲が存在します。これによって天王星は青い色を呈しています。大気の厚いさとメタンの存在が天王星の特徴です。
水: 天王星には水が存在しますが、その量は他の成分に比べて少ないと考えられています。水は主に大気中の水蒸気として存在します。
気温: 天王星の気温は非常に低く、上層大気では摂氏-210度（摂氏63ケルビン）以下になることもあります。天王星は太陽から遠く、そのために非常に低い表面温度を持つ惑星として知られています。
風速: 天王星の大気中は風速は比較的穏やかですが、地球や他の惑星と比較すると速いと言います。風速は時速数十キロメートル程度です。

天王星は他のガス惑星と比べて軸が大きく傾いているため、とんでもない季節の変化が起こることが特徴です。また、天王星の大気中には大きな暗い斑点が観測されることもあり、これは大気の動きによって起こる現象と考えられています。

海王星（かいおうせい）:

成分: 海王星は主に水素（H2）、ヘリウム（He）、およびメタン（CH4）から構成されています。これらのガスが大気を形成しています。微量のアンモニア（NH3）や水蒸気（H2O）も存在します。
大気: 海王星大気は非常に広く、上層大気ではメタンの存在が特徴的です。メタンによって海王星は青い色を立っています。大気中には明るい雲や暗い斑点も観測されています。
水: 海王星には水が存在しますが、その量は他の成分に比べて少ないと考えられています。水は主に大気中の水蒸気として存在します。
気温: 海王星の気温は非常に低く、上層大気では摂氏-218度（摂氏55ケルビン）以下になることもあります。海王星は太陽から遠く、若干寒冷な環境にあります。
風速: 海王星の大気中は非常に強い風が吹いており、時速数百キロメートルに達する風速が観測されています。これらの風は海王星の特徴的な大気の模様を形成しています。

海王星は太陽系で最も遠く、最も寒冷な惑星です。その特徴的な青い色合いや大気中の注目的な風の存在が知られています。また、海王星には大きな暗い斑点や周期的な大気の変動も観測されており、その独特の特徴が研究の対象となっています。

冥王星（Pluto）:

成分:冥王星は主に岩石と凍った氷から構成されています。氷の主成分は窒素（N2）、一酸化炭素（CO）、メタン（CH4）です。また、水の氷（H2O）やアンモニア（NH3）も存在します。
大気: 冥王星は非常に軽い大気を持っています。主に窒素、一酸化炭素、およびメタンの気体が存在します。冥王星の大気は太陽に近づいて一時蒸発して形成されると考えられているます。
水: 冥王星には水の氷が存在しますが、その量は岩石や他の氷の成分に比べて少ないと考えられています。水の氷は表面に広がって凍った地形や氷の山脈として観察されています。
気温 : 冥王星の表面温度は非常に低く、摂氏-240度（摂氏33ケルビン）以下になることもあります。冥王星は太陽から遠く、限界まで寒冷な環境にあります。
風速: 冥王星の大気は非常によく、風速は限定的であり、観測が難しいです。

冥王星はかつては太陽系の惑星とされていましたが、現在は準惑星とされています。冥王星は非常に遠く、小さな天体ですが、その表面の地形や氷の存在などは後継のものです。ニュー・ホライズンズ探査機による観測では、冥王星の表面にはクレーターや峡谷、氷の平原など多様な地形が存在することがございました。今後の調査によってその謎が解けることが期待されています。