2008年08月02日
水の物性、特徴を探る。その7 原始地球の水循環と、生命の基礎物質の生成
EARTH, OCEAN, and LIFEさんからお借りしました。
原始地球の様子。「水の惑星」とは対極に見える「灼熱世界」。
今回は地球の「水」の成り立ちを見てみます。そして、生命進化にどのように繋がっていくかも扱ってみます。
応援よろしくお願いします。
■灼熱世界（の水循環）から、どのように海が形成されるか。
①原始地球が誕生し、微惑星が衝突を繰り返す中で、揮発性ガスが放出され水(蒸気)、炭酸ガスが地表面に集まってくる。
②大気が水蒸気を大量に含むことで保温効果を生み、温度が上昇、地表はマグマオーシャンとなる（地表温度は1000℃～1500℃。大気の温度が300℃～400℃）
③やがて、衝突する隕石が少なくなると、地球の温度が下がり、大気にたっぷり含まれていた水蒸気が雨となって降り始める。雨の温度は何と300℃。
注）300℃の雨とはどういうことか？水の沸点は気圧によって変わる。1気圧なら100℃だが、原始地球の気圧は（大量の水蒸気で）非常に高かった。それで、300℃の雨が降ることになった。
④降り始めた雨は、最初（高温のため）地表まで届かず蒸発してしまうが、衝突する微惑星が減って地球の温度が下がるにつれ、雨は地表に到達するようになり、やがて海を形成し始める。
⑤しかし、巨大な隕石が衝突するたびにマグマオーシャンに戻ってしまう（衝突のたび、地球の温度は上がったり、下がったりを繰返すことになる。）
⑥やがて、温度が一定下がると、大量の雨が地上まで届くようになり、海ができる。この時地殻の温度650℃、海の温度150℃、大気気圧が10気圧。
◎こんな荒々しい状態、高いエネルギーレベルの環境が原始地球での水（水蒸気）の環境でした。現在のそれとは全く違いますね。
■生命の基礎となる物質群の形成
さて、生命体の基礎をつくる物質群は、このような荒々しい状態、高いエネルギーレベルの水環境の中で合成されて行きます。
原始大気の中の水蒸気（H2O）、アンモニア（NH３）、二酸化炭素（CO２）が、落雷による放電や紫外線により、また、大気の300℃～400℃という熱エネルギーによって、有機化合物を生成します。
（高いエネルギーレベルだと物質はバラバラになると思ってしまうが、逆に結合が行なわれ複雑な物質が生成されるのです！！）
アミノ酸、フォルムアルデビド（糖類の元）、ギ酸、そして、多種、多様な有機化合物が膨大に溶け込んだ原始の海が出来上がったと考えられます。
例えば、もっとも単純なアミノ酸はグリシンで、C2H5NO2という分子式ですが、構成する原子はＣ（炭素）、Ｈ（水素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）ですので、水(H2O）、ｱﾝﾓﾆｱ(NH3)、二酸化炭素(CO2)があれば生成されます。
地球誕生から６億年間、このような灼熱の原始地球、原始の水循環（原始大気）の場で、生命の基礎となる物質群が形成され、海水の中に溶け蓄積されました。
次回は、原始の海で生命の基礎となる物質群がどのように生命の構成単位である高分子化合物に成長したのかを扱ってみます。
- by fwz2
- at 12:08
comments
なるほど～。
地球上に水が存在することになった過程はわかりました。
でもどうして地球だけなのでしょうね。（笑）
やっぱり、絶妙だ。
＞微惑星が衝突を繰り返す中で、揮発性ガスが放出され水(蒸気)炭酸ガスが地表面に集まってくる。
衝突を繰り返して水蒸気が放出されたとのことですが、放出される前の水はどこにあったのでしょうか？惑星の地表面で、水素と酸素が結合して出来たと考えていいのでしょうか？
ｆｉｎａｌｃｕｔさんコメントありがとうございます。
どの惑星でも同じ様なことが起こるのに、地球にだけ水があるのは、重力が関係しているようです。地球には、水分子を引き止めるのに十分な重力があるが、月や水星、金星には十分な重力(質量）がないようです。
がおがおぶーっ!さんコメントありがとうございます。
＞衝突を繰り返して水蒸気が放出されたとのことですが、放出される前の水はどこにあったのでしょうか？惑星の地表面で、水素と酸素が結合して出来たと考えていいのでしょうか。＜
私の知る限り2つ説があるようです。
①水分子はもともと微惑星にわずかづつ含まれているのが、衝突時に気化し地表面に集まってきた。
②衝突時の高温状態などで、（材料＝H原子やO原子は十分にあるので）水分子が新たに作られた。
詳しくは調べ切れていませんが、①②両方あるのではないかと推測します。
＞雨の温度が300℃
創造を絶する数値ですね。
何が起こっても、不思議ではない。
ついつい今の置かれた環境状況を「是」として物事を捉えがちになってしまいますが、それでは到底捉えられない。
正に“常識群”が役に立たない世界ですね。
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