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第一章 生まれたばかりの地球
1 地球上の生物たち top
私たちが住んでいるこの地球のうえには、ヒトのように進化した動物からバクテリアのような下等な生物まで、数えることができないほど、たくさんな生物が生きています。
また、その住みかは、海にも陸にも、砂漠にも高山にも、また、温泉の中にさえもひろがっていて、その体のつくりも食べ物も、みんなちがっています。 |
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ゾウリムシ アメーバ
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藻類と思われる世界最古の化石
いまから約34億年前の南アフリカのオンバーワハト層から
発見された化石(約3500倍、エンジェル原図)
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いったい、これらの生物は、どのようにして、この地球のうえに現れてきたのでしょうか。
こうした問題を解くためには、大昔にできた地層のなかに埋まっている、化石を調べていくことが、一番確かな方法です。
今では、化石によって、およそ三四億年前までの生物の移り変わりを知ることができます。
生まれたばかりの生物は、現在、私たちの体をつくっている完全な細胞にはなっていませんでした。
それは、まだ、生物とはいえない、化学の化合物(有機物)のかたまりのようなものでした。
そして、そのあとになって、アメーバやゾウリムシのような単細胞の生物がでてきました。 |
古生代・カンブリア紀の生物(前世紀の生物原図・岩崎書店)
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古生代・デボン紀の甲胄魚とサメ(前世紀の生物原図・岩崎書店)
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古生代(五億七〇〇〇万年前)になると、たくさんの細胞から体ができている生物(多細胞生物)ですが、まだ背骨をもたないいろいろな生物が出ぞろいました。
その頃になると、固い殼をもった生物も現れました。
オウム貝や筆石などという名前の動物は、みなさんも聞いたことがあると思います。
古生代のシルル紀(四億三〇〇〇万年前)という時代までは、生物はみな海の中にすんでいましたが、その頃から、生物はしだいに上陸をはじめました。
はじめに上陸したのぱ植物ですが、シルル紀のおわりごろには、動物ではサソリの仲間も上陸してきました。
シルル紀には、海の中でも大変化かおこりました。背骨をもった動物(脊椎(せきずい)動物)が現れたのです。
それは、まず魚でした。
はじめの魚は、あごがない、まるい口をしたヤツメウナギの先祖でした。
そして、つぎのデボン紀(三億九五〇〇万年前)という時代には、魚類が大繁栄しました。
固い甲らで身をかためた甲胄魚やサメの先祖、あるいは現代の普通にみられる硬骨魚の先祖などが、次々に現れました。
また、魚からサンショウウオのような両生類が進化して現れてきました。
いよいよ、脊椎動物の上陸というわげです。
その頃の陸のうえは背丈が、三〇センチメートルから二メートルぐらいの植物が生えていました。
そのような植物は、つぎの石炭紀(三億四五〇〇万年前)には、背丈が三〇メートルもある大木になりました。
石炭紀からペルム紀(二億八〇〇〇万年前)にかけての海には、フズリナとよばれる小さな動物が繁栄していました。
中生代・ジュラ紀の恐竜(前世紀の生物原図・岩崎書店)
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新生代・第四紀のマンモス(前世紀の生物原図・岩崎書店)
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中生代(二億二五〇〇万年前)は、恐竜の時代といわれますように、陸のうえにも、海のなかにも、また空にも、いろいろな種類の爬虫類(はちゅうるい)が全盛をきわめていました。
いっぽう、海ではアンモナイトがはびこっていました。
しかし「おごるものは久しからず」のたとえのとおり、恐竜もアンモナイトも、中生代のおわりころには、ついに全滅してしまいました。
そして、新生代(六五〇〇万年前)にはいると、哺乳類(ほにゅうるい)の王国になりました。
哺乳類は、中生代の中ごろに生まれましたが、新生代になると、急にたくさんの種類に分れました。
そのなかには、赤ちゃんをおなかの袋のなかへいれて育てるカンガルーの仲間や、アジアゾウや、アフリカゾウの先祖、さらに私たちの遠い先祖であるサルの仲間もいました。
そして、新生代の最後のころ、第四紀(二〇〇万年前)にはいると人類が現れてきました。
このように地球のうえの生物ば、地質時代とよばれる長い地球の歴史をとおして、移り変わってきたのです。
そこで、今度は、地球のうえに最初の生物がどのようにして生まれてきたかという疑問も生じます。
そのためには、できたばかりの地球のようすを知ることが必要です。
博物館でみられる隕石や宇宙飛行士の持ちかえった月の石などは、地球のはじまりのころを知るうえに、大切な手がかりをあたえてくれます。
さらに地球の外の星にも、生物が住んでいるかどうか、ということまで調べてみたいものです。
こうしたなぞを解こうというのがこの本です。
2 流れ星によせる夢 top
みなさんは、晴れた日の夜空を、スウーととんでいく、美しい流れ星を見たことがあると思います。
スモッグにおおわれた都会では、晴れた日でも、わたくしたちは星をはっきりと見ることができないのが残念です。
昔の人のなかには、尾をひいてとぶ流れ星をみて、空とぶ円盤とまちがえた大もありました。
このような流れ星の正体は、いったい何でしょうか。
太陽系のなかには、太陽・惑星・衛星などといった星のほかに、ガスや宇宙塵(大きさが一〇〇万分のいくつという固体の粒)が集まって、たくさんの天体がうごいています。
なかには、砂粒よりも小さい星くずもたくさんあります。
こんな小さな星くずでも、一秒に三〇キロから六〇キロといったものすごいスピードで、地球をとりまく大気にとびこんでくると、光りをだして流れ星になります。
月ロケットが地球にもどってくるときにも、地球をとりまく大気の層の中につっこみ、数分間ですが、ロケットが火の玉のようになりました。
そのため、ロケットのなかの人間が生きて地球に帰れるように、いろいろと苦心がはらわれました。
地球をとりまく大気の層に、速いスピードで、星くずやロケットのような物体が通りぬけると、その表面が摩擦のために高い熱を出し、ガスになってしまいます。
できたガスやまわりの空気は、熱のためにあえて光を出すのです。
ロケットのような大きな物体は、その表面が燃えるだけで、地上に落ちてしまいますが、砂つぶより小さい星くずは、すぐに燃えつくしてしまいます。
ですから流れ星はスウーと光の尾をひきながらとんでいって、すぐに消えてしまうのです。
ときには、夜空に何千という流れ星がとぶということもあります。
この流れ星の大群を流星群と呼んでいます。 |
美しい流れ星
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この流れ星の群れは、彗星という不思義な天体に関係がありそうです。
彗星は、惑星とは別のほそ長い楕円形の道(軌道)をとおって太陽に近ずいたり、太陽から遠のいたりしています。
鉄砲だまのように、太陽からはなれていき、永久にもどらない彗星もあります。
太陽の直径の半分もある大きいハレー彗星はこの仲間の代表です。
彗星が太陽に近ずいてくると、そのまわりが太陽の熱のため蒸発して、尾をひきながら光ります。
そして彗星から、たくさんの星くずをほうりだします。
ほうりだされた星くずに、地球がぶつかって、流れ星の雨(流星群)となるわけです。
まえにものべたように、流れ星となるのは、小さな星くずだけではありません。
もっと大きな星のかげらもあります。
こんな大きなかけらが地球に向ってきたらどうなるでしょう。 |
流星群
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ハレー彗星
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月ロケットと同じように、地球につっこむときに、まわりはもえてガスとなって散りますが、中味が燃えつきないうちに、地球の表面にとどいてしまいます。
ですから、地球の外から石が落ちてくることになり、この石を隕石とよんでいます。
東京上野にある国立科学博物館には隕石が陳列してあります。
ここにある、みがいた面がピカピカ光る隕石は、ニッケルと鉄からできていて、隕鉄とよばれるものです。
これとは別に、みがいてもあまり光らず、地球の岩石(玄武岩のように黒っぽい岩石)に似ている隕石は、石質隕石といわれています。
石質隕石には、コンドリューとよばれる石粒が含まれているものがあり、コンドライトとよばれています。
大きな隕石が地球に落ちると、地面に人きな穴があきます。
アメリカ・アリゾナ州の、デイアプロ・キャニオンとよばれる広い乾燥地帯にある、直径一三〇〇メートルの隕石の穴(隕石孔)のことは、みなさんもよく知っていると思います。
また、シベリアの大森林へ大きな隕石が落ちたときには、東京から鹿児島ぐらいはなれたところまで、隕石のおちた音がひびいたそうです。
さいわいにも、このような隕石は、人がほとんど住んでいたいところに落ちましたが、もし、このような大きな隕石が都会に落ちてきたら、大変なことになりますね。
それでは、隕石はいったいどこから来るのでしょうか。
石質隕石の重さは、一立方センチあたりおよそ三・五グラムぐらいで、月や火星をつくっている岩石を平均した重さとよく似ています。
しかし、地球の外側(地殻)をつくっている花崗岩や玄武岩よりも重いのです。
ある学者は、隕石は月からやってきたと考えました。
また、ある学者は、火星と木星のあいだに、月ぐらいの大きさの隕石母体とよばれる隕石のかたまりがいくつかできていて、はるか昔に爆発して、こなごなになって飛びちり、その時にできたかけらの一部が地球までやってくるのだ、と考えました。 |
アリゾナの隕石孔
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日本最大の隕鉄 重さ170キログラム
(滋賀県栗太郡田上山で発見。、国立科学博物館陳列)
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巨大な隕鉄 重さ14トン
(アメリカ・オレゴン州で発見、ワシントン市博物館陳列)
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地球に落ちてくる隕石には、太陽系ができたとき、すでに小さな破片となっていたものもあるかも知れません。
いずれにしても、隕石がどこから来たかということは、むずかしい問題です。
しかし、隕石も地球も、もとをただせば、太陽をとりまく宇宙塵からできたものと考えられます。
そして、現在でも毎日のように落ちてくる隕石は、地球の外からやってきたことは確かですから、地球の外の星の秘密をさぐるのに大切な役目をしています。
3 地球の年はいくつ top
いまの地球では、一日は二四時間ですが、大昔の地球は、一日の長さがもっと短かかったといったら、びっくりする人がいるかも知れません。
でも、それは本当の話なのです。
地球のうえにまだ、けものも、鳥も、恐竜も生まれていなかった、いまから約四億年前の地球では、一日は二一時間くらいでした。
どうして、このようなことがわかるのでしょうか。
というのは、その頃生きていた角状サンゴの化石を調べてみてわかったのです。
角状サンゴには、肋とよばれる年輪があり、年輪のあいだに、一日の成長を示す細いすじがみられます。
四億年も昔の角状サンゴについて、年輪のあいだの細いすじが何本あるかを調べてみますと、一年はおよそ四〇〇日になります。
地球が太陽のまわりをひとまわりする公転の時間の長さは、今も大昔もかわりありませんから、割り算をしてみれば、一日の長さが今より短かかったことがわかります。
そして、このことは、地球が一日にひとまわりする時間が、今よりも速かったことを示しています。 |
角状サンゴの化石 |
木の幹の年輪 |
木の幹には、年輪がありますから、その木が何歳かがわかります。
化石サンゴの場合、たまたま成長を示す年輪やすじがあったから、このようなことがわかったのです。
でも生物の年がいくつかを調べるための年輪は、すべての生物にはみられません。
私たちヒ卜も、体をみただげでは、年がいくつかということはわかりません。
なかなか、年齢を調べるということはむずかしいことなのです。
生物の年と同じように、地球や太陽の年がいくつかを調べるのも大変むずかしいことです。
たとえば、海や湖の底に一年間につもる地層の厚さの割合いから、地球上の地層の厚さを調べて、地球の年齢を計ったことがありました。 |
湖でできた地層(塩原湖成層)
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二〇世紀になってから、岩石にはいっている放射能をもった鉱物の原子をつかって、地球の年齢を調べる方法が発見されました。
自然には、ウランのように、時間がたつと放射能をだしてしだいにほかの元素にかわっていく元素があります。
このようなウランは、だんだんこわされて、ついには鉛にかわります。
しかも、時間がたつとどれくらいの割合で、はじめのウランが鉛に変わってしまうかがわかっています。
ですから、ある岩石の中のウランと、変化してできた鉛の割合がわかれば、その岩石がつくられてから、どのくらいたつかがわかるのです。
このような方法でぱかった、地球のうえの一番古い岩石の年は三八億年でした。
でも、このあたいは、どろどろに熔けた地球のマグマがたまって、岩石ができたときからの年で、地球ができてからの年齢を表わしてはいません。
隕石を調べてみますと、石質隕石も隕鉄も、古さが四五億五〇〇〇万年でした。
隕石も地球も、もとをただせば、太陽をとりまく宇宙塵の集まりからできたと考えられることは、すでにお話しました。
ですから、この四五億五〇〇〇万年という隕石の年は、地球の年齢を表わしていると考えられます。
地球の内部の構造をみますと、それはゆで卵のようになっていることがわかります。
地球には、深さ二九〇〇キロのところにはっきりとした変りめがあります。
その深さよりもっと深いところは、鉄分の多いコア(地核)となっていますし、また、二九〇〇キロより地表に近い方は、マントルといわれ、カンラン岩とよばれる石英分の少ない岩石からつくられています。
ですから、地球を隕石とくらべると、地球のコアは隕鉄にマントルは石質隕石にあたるとみることができます。 |
地球内部の構造
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こんなわけで、宇宙塵の集まりだった地球が、地球のマントルとコアに分かれたときが四五億五〇〇〇万年前、ということになるわけです。
地球が冷たい宇宙塵の集まりとしてできたのは、それよりは、もっとまえのことだったのです。
最近は、月から持ちかえった岩石の年が、四六億六〇〇〇万年と計算されています。
太陽は、六〇億年前にできたと考えられていますから、地球や月のできたのは、太陽ができてから一〇億年以上もたってからのことだ、というわけです。
4 酸素のない大気 top
都会の交差点には、そのときどきの亜硫酸ガスやオゾソが、どれくらい空気中に含まれているかを示す標示板が立っています。
このような気体は、人間はもちろん、動植物にとっても害をおよぼすからです。
また、夏になると光化学スモッグ予報が出されることがあります。
そして、そんなときに、おもて通りを歩いていると、息ぐるしくなったり、涙がでてきたりします。
このように、生きものにとっては、ちょっとした空気の変化が大きく影響するのです。
現在の地表をとりまく大気は、その九九パーセントはチッ素(N2)と酸素(O2)からできています。
残りの一パーセントは、ほとんどがアルゴン(Ar)ですが、二酸化炭素(CO2)やネオン(Ne)やメタン(CH4)クリプトン(Kr)水素(H2)酸化窒素(N2O)キセノン(Xe)などもごくわずかですが含まれています。
大気公害のとき、よく登場するオゾンは、地表近くでは、ほとんど含まれていませんが、上空にいくとしだいにまして、二万メートルから二万五〇〇〇メートルの高さで、もっとも多くなります。
そこで、この高さのオゾンの多いところをオゾン層といいます。
私たち生きものにとって、オゾン層はとても大切なはたらきをします。
というのは、太陽からくる紫外線をオゾン層は吸収するからです。
もし、太陽からの紫外線がすべて地表までやってきて、生物がまともにこの紫外線を浴びたら、みんな真っ黒こげになって、生きられなくなるでしょう。
私たちは、大気のなかの酸素を吸って二酸化炭素(炭酸ガス)をはいて生きていますが、植物は空気中の二酸化炭素と太陽の光と、根からすいあげた水を利用した光合成作用をおこない、酸素を空気中にはきだしています。
ところが、一番はじめの生物が現れた当時、地球の大気には、酸素が含まれていませんでした。
大昔のこととはいえ、地球に酸素がなかった、といったら、みなさんはふしぎに思うかもしれまぜんが、これは本当のことなのです。
話は地球ができる以前にさかのぼりますが、地球は太陽をとりまく宇宙のガスやチリの集まりである星間物質からできたとしても、太陽のまわりをまおっているときに、ガスはとびちってしまい、のこりの宇宙塵だけがあつまって地球になった、と考えられています。
その証拠に、宇宙のガスには、アルゴン(Ar)やネオン(Ne)いった、ほかの元素と化合しないガスがかなり含まれていますが、地球をとりまく大気には、今も昔も、これらの気体はほとんど含まれていません。
地球のはじめの大気は宇宙のガス(星間ガス)ではないのです。
生まれたばかりの地球は冷たかったのですが、地球がちぢんで固まるときにでる熱と、地球のなかの放射能をもった元素がこわれてだす熱のため、地球の内部はドロドロにとけてしまいました。
そのときには、地球の中から揮発性のガスがものすごいいきおいで吹きだしたことと思われます。
このようにして、一番ぱじめの大気は、地球の中から吹きだしてきたものですが、その成分は、メタン(CH4)アンモニア(NH3)水素(H2)水蒸気(H2O)硫化水素(H2S)などと、いずれも水素の化合物で、還元大気(水素と化合することを還元といいます)と呼ばれています。
この大気は約五億年ぐらい続いていた、と考えている学者もいます。
もし、私たちが、この大気のなかにはいっていくと、すぐに死んでしまいますので、光化学スモッグどころか、毒ガスの集まりといった方がよいでしょう。
そののちも、あいかわらず地球の中から吹きだす火山性のガスによって、大気がつくられていきました。
しかし、地球の中から吹きだすガスの成分は、しだいに変化してきました。したがって大気の成分も、やがて変化したものと考えられています。
およそ四〇億年前から二○億年間ぐらいつづいた二番目の大気は、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)水蒸気(H2O)などがおもな成分でした。
これを酸化大気(酸素と化合することを酸化といいます)と呼んでいます。
一番古い生物は、少なくとも約三四億年前頃には生まれていましたので、その頃はこの二番目の大気だったのです。
現在の大気に含まれている酸素(O2)しは、まだこの頃の大気にはなかったことになりますので、いったい、どんな生物だったかふしぎです。
この時代の生物は、酸素を吸わなくても生きていくことができ、中には酸素を吸うと死んでしまう生物もいたくらいです。
そしておよそ二〇億年前ごろから、すこしずつ酸素が大気に加わり、現在の大気になったのです。
化石の記録からみますと、ほぼその頃から炭酸同化作用(炭酸ガスをすって生活する働き)を行う藻類が現れてきます。
まえにもお話したように、火山の噴火によって酸素ができたとは考えられませんので、今ある酸素は、このような生物によってつくられた、と考えられています。
そして、今からおよそ六億年前には、クラゲやサンゴのような海に生活する、背骨のない動物が出そろい、古生代にはいるころには、現在の空気とあまりちがいのない大気になっていました。 |
緑色の植物とそのはたらき(光合成作用)
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