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講義: 4_09 原生代2:海水のマントルへの逆流
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■講義 4_09 原生代2:海水のマントルへの逆流

▼1 原生代とは
 原生代(げんせいだい)は、前期(25~16億年前)、中期(16~10億年前)、後期(10~5.7億年前)の3つに分けられています。原生代の講義は、これで2回目です。まず、原生代について、復習しましょう。
 原生代の特徴は、現在の地球の持つ特徴がつくられた時代ともいえます。具体的にいいますと、
・生命がつくる岩石ができはじめる
・大気が変化した
・大きな大陸ができる
・多くの堆積岩ができる
というものでした。
 太古代から原生代に変わる時代は、生命のかかわりと、地球自身の変化(これは進化ととよんでいいかもしれません)によっておこりました。
 生命のかかわりでいちばんの事件は、原生代前期に光合成をする生物があらわれたことです。それによって地球の大気が、酸素をふくむものへと変わりました。酸素をふくむ大気によって、地表の石は酸化されていきました。
 地球の進化とは、地球の熱が地球外へぬけていくことで起こります。地球の中の熱は、マントルの対流として外に向かって流れていきます。地球の中に熱がたくさんあるときは、マントル対流もはげしく、

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、対流が上下2層になっていました。外に向かう熱が減へってくると、対流もゆっくりとなり、1層に変わってきます。それにともなって地表での対流の部分となるプレートのサイズが大きくなります。そうなると、大陸が成長していきます。ある時 [Projectμ] プロジェクトμ ブレーキパッド パーフェクトスペック リア用 エメロード EC5A 96/7~ 2.0/2.4/2.5L 本州は送料無料 北海道は送料500円(税別) 沖縄・離島は送料1000円(税別)、すべての大陸が集まって超大陸ができるような事件が起こりました。
 超大陸の形成、それが地球の次なる大事件をひきおこしていきます。原生代の後期に2つの大事件がおきました。ひとつはマントルへの海水の逆流(ぎゃくりゅう)と全球凍結(ぜんきゅうとうけつ)とよばれるものです。その2つの事件を、今回はくわしくみていきましょう。

▼2 大事件の証拠
1 原生代と顕生代の境界
 原生代の後期、それも顕生代(けんせいだい)に近い時代になると、カンブリア紀以降の時代の地層と似たものが見つかるようになります。そのような原生代と顕生代の境界を、エオカンブリア期とよぶことがあります。ここを顕生代に入れようとする考えもあります。
 原生代後期(10~6億年前)に大事件がおこったといいましたが、その証拠とはなんでしょか。ひとつは当時の地表にあった証拠、もうひとつは当時の地球深部にあった証拠です。
 地表の証拠には、
・氷河堆積物
・大量の浅い海でたまった地層の形成
・大陸起源の堆積物
・化石
などがあります。
 地球深部の証拠とは、もともと地球深部にあったが岩石が、地球の営みによって今では地表に上がっているものを利用しています。その中でも変成岩というものを利用します。

2 起こった事件
 これらの証拠を、いろいろ考えたすえに考え出されたのが、「全球凍結」と「海水のマントルへの逆流」という2つの事件でした。「全球凍結」は地表の証拠から考えられ、「海水のマントルへの逆流」は地球深部の証拠から考えられたものです。
 「全球凍結」は [Projectμ] プロジェクトμ ブレーキパッド パーフェクトスペック リア用 インプレッサスポーツワゴン GF8 96/8~97/8 WRX F2pot/R1pot 1.5/1.8/2.0L 本州は送料無料 北海道は送料500円(税別) 沖縄・離島は送料1000円(税別)、当時の地球を外から見るとまるで雪だまのようにみえたと考えられ、スノーボールアース(Snow Ball Earth)とよばれています。この事件は、7億5000万年前~5億8000万年前ころに起こったものだと考えれています。「海水のマントルへの逆流」は、7.5億年前におこった事件です。
 2つの事件を順番にみていきましょう。

▼3 海水のマントルへの逆流
1 証拠
 まずは、「海水のマントルへの逆流」という事件です。
 地球は、内部にたくわえている熱を、マントル対流として地球外に出しています。熱は、地球ができたときにえたものですから、つけくわわることはありません。減っていくいっぽうです。つまり、地球は少しずつ冷めているのです。
 岩石をつくる鉱物に中には、結晶の中に水(H2O)をふくむものがあります。そのような水をふくむ鉱物を、含水(がんすい)鉱物とよんでいます。含水鉱物は、地球が暖かいころは、マントルの中では安定ではありません。つまり、こわれて、水をふくまない鉱物に変わります。鉱物から逃げ出した水は、地表に出てくると考えられていました。
 このような作用がプレートのしずみこむ海溝の深いところではおこっていました。しかし、地球の温度が冷めていくと、それまで含水鉱物は、プレートがもぐりこむとき分解されていたのが、ある時から分解されずに安定な鉱物としてマントルに入りこむことがおこります。
 以前は、50から70kmの深さになると、すべての含水鉱物は分解されてしまうと考えられていました。ところが、1980年代いらい、各地で超高圧変成岩とよばれる地球深部でできた岩石が見つかるようになってきました。その中に、含水鉱物があることがわかってきました。
 100km以上の深さでも、含水鉱物があることになります。高温高圧を発生する装置をもちいて、どのような鉱物が、どれくらいの深さまで安定にいられるかを調べる実験がされてきました。
 その結果、ローソン石とよばれる含水鉱物(地表付近では11.5重量%の水をふくむ)は、800℃の温度条件であれば、300km近くまで安定であることがわかってきました。深くなるにつれて、ふくまれる水の量は減っていきますが、水は、300kmまで、はいりこむ可能性がでてきたのです。このような含水鉱物が 【送料無料】 225/55R17 17インチ TOPY トピー セレブロ JB12 7J 7.00-17 DELINTE デリンテ D7 サンダー(限定) サマータイヤ ホイール4本セット、プレートと一緒にマントルにもぐりこんでいるのではないかと考えられています。
 また、ぬけ出た水は、しずみこんだプレートの上にあるマントルの成分とむすびついて、別の含水鉱物になると考えられています。上部マントルと下部マントルの境界付近(670kmあたり)では、そのような含水鉱物によって1から3重量%の水がはいりこめることが、実験からわかってきました。1から3重量%の水の量とは、少ないように見えますが、マントルの大きさ RG レーシングギア ダウンサス 代表車種 ステップワゴン RF1.2 SH008A、量を考えると、大量の水がマントルに入りこめることになります。
 ただし、このような条件に含水鉱物が入りこむには、十分に冷えたプレートで、冷めたマントルでないとなりません。
 冷めたプレートは、広い海、たとえば太平洋のような海洋プレートであれば、十分に冷えています。ですから、このような広い海の海洋プレートがもぐりこむこめば、冷えたプレートという条件を満たします。ただし、そのためには、マントル対流の大きさ多くなければ、広い海ができません。ですから、このような事件が起こりうるのは、マントル対流が1層対流になった、原生代中期よりあとでないとなりません。
 冷えたマントル条件とは、原生代の終わりころだと考えられます。これは、地球が冷えていくことによって満たされていく条件です。

2 海水の逆流がおこったとしたら
 次に、海水の逆流がおこったとしたら、それにともなってどんなことが起こるでしょうか。考えていきましょう。
 まず、地球が冷めることによって、含水鉱物のマントルに入るようになります。海の水が、マントルに逆流をはじめたのは、7億5000万年前ころのことです。
 7億5000万から5億5000万年前ころにかけて、マントルに逆流しつづけたと考えられます。その後も、マントへの水の逆流は続きます。しかし、マントルの水の量がそれよりあとの時代も増えているのか、それとも一定の量にたもたれている(平衡(へいこう)になるといいます)かは、はっきわかっていません。平衡とは、マントル対流によってもちこまれる水と、マグマの活動によってマントルがら持ち出される水がつりあっているときです。海水の量がどんな変化をしているかは プロジェクトμ タイプHC-CS フロント左右セット ブレーキパッド パジェロミニ H51A/H56A F501 プロジェクトミュー プロミュー プロμ TYPE HC-CS ブレーキパット【店頭受取対応商品】、まだよくわかっていません。
 7億5000万から5億5000万年前ころにかけては、マントルに逆流がはじまり、海水は、少しずつ減っていきます。あるみつもりによりますと、深さで600m分の海水が、その間にマントルに入ったとされています。海水がなくなりますと、陸地が広がることになります。それまで、陸地は地球の表面積の10から20%くらいだったのが、現在の30%くらいにまで広がったと考えられます。

 陸地が広がっても、陸地をつくる岩石の種類が変わるわけではありませんが、陸地が広がることによって、雨が広く陸地でふり、川が広い地域を流れます(流域(りゅういき)面積が広がることです)。
 すると、陸地の岩石や溶けやすい成分が、海にたくさん流れこんできます。その結果、堆積物が海でたくさんたまっていきます。堆積物が増えると、その中にふくまれていたはずの有機物が分解されるひまがなく、堆積物に取りこまれたまま堆積岩として、固体になってしまいます。つまり炭素が、大気-海洋-生命のサイクルからとりのぞかれることになります。その結果、大気中の酸素が増えていくことになります。
 また、大陸の水にとけやすい成分として塩分(NaCl)があります。これがやはり大量に海にもちこまれます。すると海水の塩分濃度が上がっていくことになります。原生代の後期に海水の塩分濃度が急にあがったと考えられます。
 マントルに水が入ると、マントルはやわらかくなります。すると温度が冷めてマントル対流の活動がおとろえていたのですが、ふたたび活発になります。暖かいマントルは上昇しやすくなり、火山活動が活発になります。

 ほかにもいろいろな事件 、この「海水のマントルへの逆流」から生じたはずです。でも、どんな事件があったのかは、今はまだよくわかっていません。


■掲示板: 因果関係の果てに 

・因果関係の果てに・
 「海水のマントルへの逆流」から生じたさまざま結果、たとえば「塩分濃度の上昇」や「大気中の酸素の増加」などは、それにいたる因果関係は、なんとくなく納得できそうなものです。だから全体として、なんとなくありそうな話にみえます。でも、それぞれに証拠があるかというと、実はそうではありません。これ点には、注意が必要です。上で述べた話は、作業仮説であってまだ証明されたものではありません。
 上でのべたシナリオは、まるで、「風が吹けば、桶屋が儲かる」ような話です。それもいたるとろこにこの「風が吹けば、桶屋が儲かる」という論理が仕込まれています。
 「風が吹けば、桶屋が儲かる」という話には、原因として「風が吹けば」があります。そして、長い因果関係の果ての結果として「桶屋が儲かる」があります。「風が吹く」も「桶屋が儲かる」というのも事実です。2つの事実が少なくともあったことから生まれた話なのです。その間に、多くの因果関係、あるいは仮説があります。もしこれを論理的に証明しようとすると、それぞれの因果関係ごとに証拠がないと、この「風が吹けば、桶屋が儲かる」という話は証明できません。証明しないまでも、説得力がありません。だから、落語のネタにされるのです。
 上で示したシナリオも「海水のマントルへの逆流」が起こったかもしれないということをもとにして、そこからいろいろな因果関係を考えた話です。でも、どこかに証拠があれば、その因果関係のシナリオは、少しずつ説得力を持ってきます。あるいは、それぞれの論理が証明されていきます。
 スタートとしての「海水がマントルに逆流している」というのは、「高圧変成岩」という証拠があります。ここではひとつの論理は成立しています。しかし、証明はされていません。なぜなら、「風が吹けば」の部分にあたる高圧変成岩というものがあるのに、「桶屋が儲かる」ということにあたる「海水のマントルへの逆流」が事実かどうかがわかっていません。
 でも、こんなシナリオがあると、少なくともなにを探せはいいかは見当が付けられるわけです。さてさて、ここからが科学のはじまりです。シナリオ(科学では仮説といいます)を証明できるかどうか。どんな石を探し、そんな情報を読みとればいいのか、研究者の腕の見せところです。さてさて、どんなシナリオが出来上がるでしょうか。それは、

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、これからの話です。


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