January 17, 2001 — 科学者たちは、これまでに発見された最古の鉱物粒の中の手がかりをもとに、45億6000万年前の地球形成直後の様子を描き出しています。
古代の河川堆積物から見つかった小さなジルコン（ケイ酸ジルコニウム結晶）は、地球が43億年～44億年前に大陸と水、そしておそらく海や微生物生命が出現しうる環境を形成したことを示唆しています。 新しく発見されたジルコンは、地球の歴史の中でどのような位置を占めているのか。 Image by Dan Brennan.
オーストラリアとアメリカの2つの研究グループの発見は、「地球型惑星では液体の水が早期に安定する」ことを示唆していると、NASA 宇宙生物学研究所のコロラド大学ボルダー校チームのメンバーである地質学者スティーブン・モジス氏は述べました。 「このことは、宇宙の他の場所で生命を発見する可能性を高めるものである。
また、ニューヨーク州ハミルトンにあるコルゲート大学の地質学者ウィリアム・ペック氏は、生まれたばかりの太陽系でガスや塵が凝集して惑星を形成した後、「地球が急速に冷却した初期の地球についての新しい見解を与えてくれました」と述べています。 「約39億年前まで、彗星や隕石の大群が若い地球を頻繁に攻撃し、時には海の表層を蒸発させ、そこに住んでいた生命を消し去りました。 このような状況の中、Mojzsisらは38億5000万年前のグリーンランドの堆積物から炭素同位体パターンを調査し、地球上に微生物が存在していたことを示す最古の証拠を得ました。
今回、西オーストラリア州のジルコンは、43億年から44億年前に大陸と水が存在したことを証明した。 “生命は、これまで記録されてきたよりも4億年早くスタートする機会を得た可能性があります “とMojzsisは述べています。
「生命は何度も発生したかもしれないが、ただ粉砕され、隕石が先細りになって初めて手に入れたのだ」とPeckは付け加えました。
44億年前のジルコンは、地球上で「最も古い地殻の記録」であるとペック氏は述べた。 そのジルコンと少し若いジルコン粒は、幅がおよそ250ミクロン–1インチの100分の1未満–を測ります。
「これらのジルコンは本当に苦労してきたのです」とペック氏は言います。
左：ジルコンが発見された西オーストラリアのジャックヒルズ地域。 写真：Simon Wilde。
ジルコンの歴史は、地球が形成された後のある時期に、「液体の水が岩石と相互作用した」ときに始まったと、彼は言います。 この相互作用は、水が岩石中の鉱物と交換されるとき、地下水中の溶液から結晶が成長するとき、鉱脈が堆積するときの3つの方法のいずれかで起こります。 水にさらされた岩石は、通常、より一般的な同位体である酸素16に対して、一般的でない同位体である酸素18の比率が高くなったのだそうだ。
その後、岩石は地下で溶かされ、あるいは隕石の衝突で溶けた花崗岩の中で結晶として形成され、冷却されて固い岩石になったのです。
ジルコンを含んだ花崗岩は、やがて上に突き上げられ、山を形成し、後に浸食されました。 花崗岩は消えましたが、ジルコンは最終的に30億年前にオーストラリアの砂質の川の堆積物の中で静止しました。 この堆積物は後に固まり、熱と圧力によって変化した岩石となった。
両研究チームは、イオンマイクロプローブと呼ばれる装置を用いて、ジルコン結晶の年代測定と分析を行いました。 ウランは既知の割合で鉛に分解されます。 ジルコンのウランと鉛の比率は、溶融した花崗岩の中で結晶化した44億年から43億年前の早い時期に形成されたことを示している。
下図。 44億年前のジルコン（ケイ酸ジルコニウム）の結晶を顕微鏡で見たところ。 Photo by John W. Valley
大陸地殻は海洋の下にある地殻とは異なるものである。 花崗岩は大陸によくある岩石です。 そして、ジルコンは花崗岩の中でよく結晶化します。
つまり、ジルコンは43億年から44億年前に花崗岩が存在したことを示しており、花崗岩はその時代に大陸が存在したことを意味しているのです。 そのような古い花崗岩は見つかっておらず、すべてその後浸食されるか、あるいは他の方法でリサイクルされています。 古代のジルコンは、地球初期の地殻花崗岩の生き残りなのです。
「花崗岩から44億年前のジルコンが見つかったということは、大陸地殻の岩石があったはずだ」と、マサチューセッツ工科大学の地質学者サム・ボウリング氏は言いました。
ジルコン結晶内の希土類元素のイオンマイクロプローブ分析でも、大陸の岩石に典型的なレベルが見つかったと、ペック氏は述べました。
若い地球に水があったことは、両グループがジルコンの酸素同位体を分析し、水に触れた岩石の特徴である、酸素16に対する酸素18の比率が高いことを発見したときに確認されました。
その結果、「44億年前以前のある時点で、液体の水があったことがわかったのです」とペック氏は述べました。 その結果、「44億年前以前のある時点で液体の水があったことがわかったのです」とペック氏は述べ、さらに「液体の水はどこかに集まっていたはずで、海があった可能性があります」と付け加えました。
彼はまた、「大陸を作るには水が必要」なので、海が存在した可能性が高いと言いました。
ペックは、海が存在する前に、すでに地殻の巨大なプレートが動き始め、互いに衝突し、沈み込みと呼ばれるプロセスで大きな岩塊が下に潜る原因になっていたかもしれないと述べています。 海がなければ、その岩石が溶けて花崗岩のような大陸性岩石が形成されることはなかったという。
下の写真。 ジルコンが発見された岩石の種類を切り出したもの。 ハンマーがスケールを示している。 Photo by Simon Wilde.
海があったら、海水は中海嶺の海底火山から噴出する溶岩と反応して水和したはずです。 その溶岩が冷えて新しい海底が形成され、それが海底に沈んでいったのです。 そして、沈み込んだ岩石中の鉱物に閉じ込められた水分が融点を下げ、火山噴火を引き起こし、花崗岩類でできた島々が連なったのだろう。 このような「島弧」が最終的に集まって大陸を形成したと考えられている。
「海洋、大気、大陸は43億年前までに所定の位置にあった」とMojzsis氏は述べています。
ペックによると、最初の海は、彗星によって地球にもたらされた水から形成されたか、または中海の尾根となったところから初期の火山噴火の際に放出された可能性があります。
ジルコンは、生命が43億年前に地球に存在していた可能性を示唆しています。なぜなら、生命が定着するために必要な3つの重要な要素、すなわちエネルギー、有機物（到来する彗星と大気反応による）、そして–ジルコンによれば–液体の水が存在したのですから、とモジス氏は言います。 44億年前のジルコンの発見は、Peck、オーストラリアのカーティン工科大学の Simon Wilde、ウィスコンシン大学マディソン校の John Valley、および英国エディンバラ大学の Colin Graham によって報告されました。 ワイルドは、1984年に採取した岩石のジルコンを年代測定していたところ、1999年にこの44億年前の粒子を発見したとペックは言う。 モジス氏らは、昨年、西オーストラリア州のジャック・ヒルズ岩盤の同じ場所から43億年前のジルコンを2個発見したと言う。 Mojzsisはカリフォルニア大学ロサンゼルス校の地球化学者Mark Harrisonとカーティン工科大学のRobert Pidgeonと共同研究を行った。