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原始大気の圧力が100気圧のとき、地表温度が絶対温度で650K(380℃)以下になると水蒸気が液体の水になることができる。この温度を水の臨界温度という。原始大気は濃厚で、100気圧近くあった。したがって、地表が300℃ほどに冷えたときに最初の雨が地表に落ちた。
雨は地表を効率よく冷やした。雨には塩化水素が溶け込んでいたため、強い酸性であった。塩酸の雨水は地上の岩石と接触して、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、鉄などのイオンを溶かし出し、しだいに中和された。塩酸が中和されると、大気中に残された100気圧に近かった大量の二酸化炭素は、原始の海に溶け込み、カルシウムイオンと結合し、炭酸カルシウム(石灰岩)となって沈澱した。原始大気中に含まれていた二酸化炭素は初期の大気中に10気圧ほどになり、残りは窒素であった。二酸化炭素による大気の温室効果が和らいだ。
地球は厚い雲に覆われ、上空では太陽からの紫外線、宇宙からの粒子線、雷の放電により、水蒸気や二酸化炭素、窒素が反応性に富んだラジカルになり、化学反応で簡単な有機化合物が作られた。シアン化水素、シアノアセチレン、ホルムアルデヒドなどである。雨粒に溶け込んで地上へと落下した。また、流星から有機物が供給されることもあった。これらの反応性の素材は高分子をつくり、原始の海に溶け込んで蓄積された。
温度が下がると、雨は岩石の層の上に溜まるようになり、大量の水が低地を求めて流れ、海や湖を作った。波は高い部分を削り、ほとんどの表面が海に覆われた惑星となった。
月の隕石の様子を調べると、約38億年前までは直径が数百キロの巨大な隕石が数回落下して、海が完全に干上がった可能性がある。その後も無事に海は形成された。また、太陽は現在の70%程度のエネルギーしか地球に放射していなかった。この量だと、地球は全面凍結する。海はマグマオーシャンを冷した後、ゆっくりと凍り、隕石の落下により融けることを何度か繰り返したかもしれない。隕石の衝突が非常に激しい場合は、その効果は生命の誕生に対してネガティブに働いたであろう。しかし、やがて衝突の規模が小さくなり頻度が下がってくると、その効果はポジティブに働いたかもしれない。
地球の内部ではゆっくりと対流が始まった。対流によって冷えた表面の岩が移動し、マントルに沈み込むところに集まって小さな陸地を造った。水を含んだ海洋底は低い温度で熔けて地上に噴出し、火山となった。深部のマントルが上昇するところではマントルが海洋底で冷やされ、岩石になった。湧きあがるマントルにより海の底に割れ目ができ、地球の内部の成分とエネルギーが海に供給された。
そこに生命体が誕生した。
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現在でも宇宙から地球へ多くの物質がやってきます。
一番目にするのは流星。流星の基は彗星と考えられています。流星群は彗星の軌道に一致します。彗星が残していった固体粒子が彗星軌道にありますが、そこを地球が横切るため、定期的に流星群が出現します。流星は低密度の固体粒子が地球大気に衝突し、摩擦によって高温になり、発光する現象です。
彗星の起源はオールト雲やカイパーベルトと呼ばれています。オールト雲は長期彗星の軌道解析から予想されました。太陽から約５万AU（１AUは地球と太陽との距離です。約1.5億km）で太陽系を取り囲む球殻状の層です。約1000億もの彗星のもとが集まっているといわれています。彗星は周りの惑星の引力か、相互の衝突などの影響で、太陽への何千年もの旅に向かうとされています。
カイパーベルトは冥王星のような遠い惑星探査から発見されました。短期彗星はカイパーベルトあたりから折り返している計算になります。海王星より以遠にある直径100km以上の天体は10万個以上あると推定されています。
オールト雲やカイパーベルトの周辺ではまだ微惑星から惑星が作られつつあるという説もあります。
流星群は地球と彗星の軌道が交差すると言う証拠。いつか彗星が地球に衝突することもあるでしょう。
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隕石は火星と木星の中間に軌道をもつ小惑星帯由来です。軌道をはずれた小惑星の破片などが、たまたま地球と遭遇すると隕石となって落下します。地球に残っているクレータから、直径10km級の巨大隕石は、数千万年に１度の割合で落下していることが明らかになってきました。約6500万年前に起きた恐竜の絶滅も、巨大隕石の衝突に伴う環境異変が原因だったとする説が有力視されています。
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カイパーベルトにある岩石が海王星などの重力で撹乱され、彗星になります。同じ様に、木星軌道の内側にある小惑星帯にも注入され、加熱され揮発性成分を失うことで、普通の隕石になる可能性もあります。
現在の太陽系では彗星の長い尾は、地球軌道の辺りで水蒸気を含むようになります。その外側ではアンモニアや二酸化炭素の尾です。つまり、地球の軌道あたりの宇宙空間の温度は氷が水蒸気に変わる温度です。地球が誕生した頃は太陽からのエネルギー放射が現在より少なかったので、地球の軌道付近の温度はもっと低く、微惑星は大量の氷や有機物を含んでいた可能性があります。その量は。。。今後の彗星の観測により明らかにされるでしょう。
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太陽系空間にある粒子は、位置エネルギーに応じた運動エネルギーを得て、太陽へ向かって落下します。運動の方向が惑星などによって逸らされると、楕円運動をします。運動に対して大きな摩擦抵抗が発生しないので、運動は規則的であり、ほとんど減衰しません。
それに対して地球には大気があるため、運動の様子が変わります。特に、小さな粒子は落下することなく、空気中を漂うようになります。
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空気中を漂うような液体または固体の微小な粒子をエアロゾルといいます。われわれの周りにあるエアロゾルは、その生成過程の違いから粉じんとかフューム、ミスト、ばいじんなどと呼ばれ、また気象学では、視程や色の違いなどから、霧、もや、煙霧、スモッグなどと呼びます。エアロゾル粒子は、粒径や化学組成、形状、光学的・電気的特性など多くの特徴があり、その性質はきわめて複雑です。例えば粒径についていえば、分子やイオンとほぼ等しい0.001μm＝1nm程度から花粉のような100μm程度まで約5桁にわたり、また個数濃度についても、清浄空気の10個/cm3程度から発生源近傍の数百万〜数百億個/cm3程度まで 7〜8 桁にもわたります。
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喘息の原因ともされている工場などから排出される煤塵やディーゼル車の排出ガスに含まれる粒子状物質があります。エンジンなどから直接出てくる微粒子と、硫黄酸化物(SOX)・窒素酸化物(NOX)などのガス状物質から大気中で粒子状物質に変化する粒子があります。とくに、粒径が10μm以下のものをSPMと呼び、大気中に長時間滞留し、肺や気管の奥まで侵入して沈着し、呼吸器を侵します。
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エアロゾルの発生源は人工的な装置だけではありません。火山活動や、細かい土壌の粒子が風で舞い上げられたもの、波のしぶきが乾燥して微粒子となったものがあります。雲は無数の微小な水滴からできていますが、この水滴はエアロゾルが核となってできています。エアロゾルの個数や成分の変化によって、雲の生成量などが変化し、天気に影響します。また、大気中に浮遊しているエアロゾルが，日射（太陽放射）を散乱・吸収することによって、地表に到達する日射量が減少し、大気が得る熱エネルギーが減少します。エアロゾルは気候にも関わっています。
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風邪を引くと咳が出ますが、そのときの唾液も空気中で乾燥してエアロゾルになります。咳だけでなく、会話をしていてもエアロゾルはできます。ウイルスや細菌はエアロゾルを利用して感染します。エアロゾルの大きさ、包まれた病原体の乾燥に対する強さによって飛沫感染と空気感染とに分けられます。飛沫感染とは病原体が粘液などの水分で包まれた大き目の粒子で感染が起こることで、通常は１ｍ以内で起こります。一方、空気感染では周りの水分が蒸発した飛沫核によって感染が起こり、大きさも小さくなり、空気の流れにより広範囲に飛散します。通常、空気感染を起こすのはウイルスで、感染症にはインフルエンザ、麻疹、水痘などがあり、また、細菌では空調設備などを介した感染として最近問題になっているレジオネラ症が含まれます。
細菌はミクロンサイズ、ウイルスはサブミクロンサイズでマスクの目に比べるととても小さいものです。しかし、空気中では比較的大きなエアロゾル状態にあるため、マスクで両方とも大部分を除去できます。もちろん、目は細かいことに越したことはないですが、目の細かいフィルターを厚く重ねると、表側と裏側に大きな圧力差を生じ、息苦しくなります。エアロゾルは電場に入ると帯電しやすく、静電気で除去しやすくなります。静電気を利用したエアフィルターは目が粗くとも十分微粒子を防ぐことができ、空気の流量を減らすことなく、また、圧力差を少なくできる濾過装置です。
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誕生間もない地球は濃い大気を持っていたことから、大量のエアロゾルが空気中を漂っていたことでしょう。そして、大気や海の化学成分に大きな影響を及ぼしたと思われます。地球の上空でできた活性低分子は雨水に溶け込み、それが地上に落下する間に水分が蒸発、濃縮されて、生命の材料となる高分子が誕生した可能性もあるのではないでしょうか。しかし、その実状について推測する材料がありません。
つづく
