新たな研究では、鉱物粒子の組成を調べ、地球が銀河を進んできた軌跡を考察した。
この手法による結果は、初期の地球における地殻形成に、およそ2億年周期のリズムがあったことを示唆している。
「一粒の砂に世界を見る」は、詩の冒頭の一節で、ウィリアム・ブレイクによるこの言葉はよく引用され、地質学者の仕事の一端も表している。
私たちは、人間の髪の毛の幅よりも小さな鉱物粒子の組成を観察する。次に、そこからうかがえる化学過程を推定し、地球がどのように形作られたかそのものについて考える。
今、私たちはこの微細なものへの着目をさらに発展させ、小さな粒子を、銀河環境における地球の位置と結びつけた。
宇宙を見渡す
さらに大きなスケールでは、天体物理学者たちは宇宙とその中での私たちの位置を理解しようとしている。物理法則を使って、天体の軌道を記述するモデルを構築する。
地球の表面は、地球内部の過程だけによって形作られると考えがちだが、地球は間違いなく宇宙環境の影響を受けてきた。その影響には、地球の軌道の周期的な変化、太陽放射の変動、ガンマ線バースト、そしてもちろん隕石の衝突が含まれる。
月のクレーターだらけの表面を見るだけでも、そのことを思い起こすはずだ。地球の質量は、灰色の衛星である月の80倍を超える。それでも近年の研究は、隕石の衝突が地球の大陸地殻の形成に重要な役割を果たし、地球が若かったころ、その最外層に浮かぶ浮力のある「種」を作ったことを示している。
私たちと国際的な研究チームは、この初期の大陸地殻の形成にリズムがあることを突き止めた。その周期は、実に壮大な駆動メカニズムを示唆している。この研究は最近、学術誌『Geology』に発表された。
地球における地殻形成のリズム
地球上の岩石の多くは、溶融または半溶融状態のマグマから形成される。このマグマは、地殻の下にある、主に固体ながらゆっくりと流動する層であるマントルに直接由来する場合もあれば、すでに存在するさらに古い地殻の一部が再び溶けて生じる場合もある。液体のマグマは冷えると、やがて固まって岩石になる。
マグマが冷えて結晶化する過程で鉱物粒子が成長し、ウランなど、時間とともに崩壊する元素を取り込むことがある。これが一種のストップウォッチとなり、粒子の年代を記録する。それだけでなく、結晶はほかの元素も取り込むことがあり、それらは母マグマの組成を示す。姓が人の家族をたどる手がかりになるのと似ている。
年代と組成という2つの情報を使えば、地殻形成の年表を再構築できる。さらに、フーリエ変換という数学的手法を用いて、その主な周波数を解読できる。この手法は、ケーキの材料をミキサーにかけた後に元の材料を見分けるように、出来事の周期を解き明かす。
この手法による私たちの結果は、初期の地球における地殻形成に、およそ2億年周期のリズムがあったことを示唆している。
宇宙における私たちの位置
しかし、似たリズムを持つ別の過程もある。太陽系と、天の川銀河の4本の渦巻腕は、どちらも銀河中心の超大質量ブラックホールの周りを回っているが、移動速度は異なる。
渦巻腕は秒速210キロメートルで公転する一方、太陽は秒速240kmで進んでいる。そのため太陽系は、銀河の腕へ入り、また外へ出るように進んでいる。渦巻腕は、交通渋滞のように星の通過を遅らせる高密度領域と考えることができる。渋滞は、道の先（あるいは腕を抜けたところ）でようやく解消する。
このモデルによると、太陽系が銀河の渦巻腕に入る間隔は、およそ2億年となる。
つまり、地球上の地殻形成のタイミングと、銀河の渦巻腕を公転するのにかかる時間には、何らかのつながりがあるのかもしれない。だが、なぜだろうか。
雲からの衝突
太陽系のはるか彼方には、氷や岩石の破片からなる雲があり、オールトの雲と呼ばれている。この雲は太陽の周りを公転していると考えられている。
太陽系が周期的に渦巻腕へ入ると、太陽系とオールトの雲との相互作用によって、雲から物質が弾き出され、太陽系の内側へ送られると考えられている。その一部は地球に衝突する可能性もある。
地球には、小惑星帯から来る岩石天体が比較的頻繁に衝突しており、その平均速度は秒速15kmだ。一方、オールトの雲から放出された彗星は、平均秒速52kmと、はるかに速く到達する。
私たちは、こうした周期的な高エネルギー衝突の痕跡が、微小な鉱物粒子に保存された地殻形成の記録に残っていると考えている。彗星の衝突は地球表面を大規模に掘り返し、マントルの減圧融解を引き起こす。炭酸飲料の栓を抜くのと、それほど違わない。
シリコン、アルミニウム、ナトリウム、カリウムなどの軽元素に富むこの溶融岩石は、より密度の高いマントルの上に実質的に浮かぶ。大陸地殻を形成する方法はほかにも数多くあるが、初期の地球への衝突が浮力のある地殻の種を作った可能性が高い。その後の地質過程で生じたマグマが、初期の種に付着していったのだろう。
破滅の前触れか、それとも地上の生命を育む庭師か？
大陸地殻は、地球の自然な循環のほとんどに欠かせない。水や酸素と相互作用して新たな風化生成物を作り、大半の金属や生物由来の炭素を蓄えている。
大規模な隕石衝突は、生命を壊滅させることもある破局的な出来事だ。それでも、私たちが暮らす大陸地殻の形成に、衝突が重要な役割を果たした可能性は十分にある。
近年、恒星間小惑星が太陽系を通過したことを受け、その小惑星が宇宙を越えて生命を運んだとまで示唆する人もいる。
私たちがどのようにしてここに存在するようになったにせよ、晴れた夜に空を見上げ、星々とそれらが描く構造を眺め、次に足元を見下ろして、鉱物粒子や岩石、そして下に広がる大陸地殻を感じることには、畏敬の念を覚える。すべてが実に壮大なリズムを通じてつながっている。
