簡単な年表
古生代
カンブリア紀 5.5億年前〜4.9億年前(6千万年)
オルドビス紀 4.9億年前〜4.5億年前(5千万年)
シルル紀 4.5億年前〜4.2億年前(3千万年)
デボン紀 4.2億年前〜3.5億年前(7千万年)
石炭紀 3.5億年前〜2.9億年前(6千万年)
ペルム紀 2.9億年前〜2.5億年前(4千万年)
中生代
三畳紀 2.5億年前〜2.0億年前(5千万年)
ジュラ紀 2.0億年前〜1.4億年前(6千万年)
ペルム紀末にはローラシア大陸とゴンドワナ大陸とが合体し、超大陸パンゲアができた。それまでは大陸の衝突が続いたと考えられる。その前の超大陸は6億年前のゴンドワナ大陸であるが、成長前のローラシア大陸が独立して存在していた。2つの大陸は一度割れた後、徐々に近づき、衝突面は2つの大きな造山運動となった。
まず、カレドニア造山運動である。カンブリア紀にはローラシア大陸(北アメリカとグリーンランド)の西側にイアペタス海が広がっていた。イアペタス海の西にはバルト楯状地を含む北西ヨーロッパの陸塊とモロッコあたりの地塊を含む西アフリカの陸塊があった。3つのプレートが衝突し、シルル紀末にイアペタス海が消滅した。ノルウェーやスウェーデンのあるスカンジナビア山脈、イギリス、アイルランドや北アメリカ東岸のアパラチア山脈などと共に形成された。偶然か、この部分はジュラ紀に裂け始め、北大西洋ができた。
その次はバリスガン造山運動である。この造山運動はローラシア大陸とゴンドワナ大陸の衝突であり、ローラシア大陸の南側に広がっていたライク海が石炭紀に消滅した。当時の2大大陸が衝突したのであるから、その規模は史上最大であった。西の果ては北アメリカのアパラチア山脈、ヨーロッパに渡って、イベリア半島、イギリス南端部、ベルギー、フランス北部、ドイツ中央部、チェコ西部に広がる。さらに、その東の延長には古テチス海がローラシア大陸に沈み込み、沈み込み帯に、中央アジアの天山、アルタイ、大興安嶺、そして南下して、インドシナ半島の東部の山脈が連なり、パンサラッサ海の沈み込み帯にできたオーストラリア東部から南極に達した山脈まで続いている。この頃に東アジアに相当する2つの陸塊、揚子地塊と北中国の中朝地塊が衝突した。
カレドニアン造山運動期には、シルル紀にイアペタス海が陸地になった。シルル紀は植物が陸地に進出し、節足動物がその後を追った。さらに、シルル紀末には維管束を持つ植物の化石が見つかっている。デボン紀には、森林が形成され、淡水魚、昆虫、最初の両生類(イクチステガ)など陸上生活に適応した生物が進化した。
バリスカン造山運動期には石炭紀後期にリーク海が消滅した。石炭紀には低湿地帯では巨大樹木の森林(鱗木)や裸子植物である針葉樹が出現した。ペルム紀には完全な陸上生活ができる哺乳類の祖先や原始的ハチュウ類をはじめ、多様な昆虫類、そのほかの節足動物が出現した。
2つの造山運動に押されて、生物は陸上生活への適応・進化を加速した。
+++ 大地の離合集散は、同じ部分でおこっている? +++
大地の移動の歴史は、なかなか全体像が見えず、つながりを理解するのに苦労します。ところで、大地の離合集散をみると、だいたい同じ部分が裂け、癒合するように見えますが、そうなんでしょうか? 地球の大規模なマントル対流の性質としてそうなっているのでしょうか。私見でこじつけると、月が地球から分離したときのジャイアント・インパクトが地球のマントルになんらかのひずみを残し、ぶつかった半分(半球)の流動性が高いのではないかと思っています。
+++ 造山運動は火山帯と褶曲山脈 +++
陸が乗ったプレート同士が衝突すると巨大な褶曲山脈ができます。現在の地球ではアフリカ大陸とアラビア楯状地、インド大陸がユーラシア大陸にぶつかったところがアルプス=ヒマラヤ造山帯となっています。ユーラシアプレートの下にアフリカ、アラビア、インドプレートが沈み込んでいます。これらのプレートは過去にテチス海を載せていたため、アルプス=ヒマラヤ造山帯の山の頂上から海生動物の化石が見つかります。アルプス=ヒマラヤ造山帯の成長は1000万年前からで、地球の歴史から見るとそれほど古いことではありません。
+++ 侵食作用とは大陸を造る陸塊が砂粒になって海に運ばれること +++
褶曲山脈では大陸を作っていた岩石が褶曲により折り曲げられ、激しい浸食を受けています。つまり、大陸を造っていた陸塊が砂粒になって海に運ばれていることになります。言い換えれば陸塊が消滅(磨耗?)している場です。
削られた部分は砂粒になり、混合されてしまうので時間の情報を失ってしまいます。ただ、その粒の元の岩石ができた時間は測定できます。日本での最古記録は岐阜県で発見された上麻生礫岩の中にある粒子です。礫岩は砂粒や小石からできた堆積岩です。小石の中に花崗片麻岩があり、それは20.5億年に出来た花崗岩が17.5億年前に変成作用を受けた岩石でした。この花崗岩が固まるとき、風化されて丸くなったジルコン粒子を取り込んでおり、この粒の年齢が30.5億年、あるいは35.6億年でした。この年齢は名古屋大学理学部のCHIME法で測定されました。
ロッキー山脈では侵食パワーを実感できる場所があります。グランドキャニオンです。全長は446 km、谷幅は最大幅28 km、谷底までは1600m、平均標高2150mに及ぶ大渓谷です。高原は約3800〜3600万年の歴史しかありません。だだっ広いカイバブ平原の荒地を行くと突然出現する巨大なパノラマ。グランドキャニオンの谷底のコロラド川も今の谷に収まったのは1000万年ほど昔と言われています。コロラド川は最大川幅90m、水深13mあり、川の流れは時速19.2 kmにも達する大きな川で、1日平均約50万トンという、想像を絶する量の土砂を下流へ押し流しました。コロラド川の浸食に加え、気温の高低差による氷結、激しい雷雨が浸食を加速し、現在のグランドキャニオンができました。
+++ 海のプレートと陸のプレートがぶつかったところに火山帯ができる +++
海のプレートと陸のプレートがぶつかったところでは海のプレートのほうが密度が高いため、海のプレートが陸のプレートの下にもぐりみます。海のプレートは水を含んでいることもあり、マントルに入り込むと融けて大量の花崗岩が生み出され、激しい火山活動が起きます。また、花崗岩は密度が低いので、重いマントルの上に「浮く」。現在の最大の造山帯は環太平洋造山帯です。帯状山脈や弧状列島が造られ、大陸側に盆地や海盆があり、大洋側に海溝があります。太平洋のプレートは南太平洋の海嶺から生み出され、南北アメリカ大陸、千島列島から小笠原諸島にかけて沈み込んでいます。
アメリカ大陸側はロッキー山脈、アンデス山脈という古い山脈です。原生代からここは大陸の端で、しかも、西側に海洋プレートが沈み込んでいました。カンブリア紀の進化の大爆発を記録・保存したバージェス頁岩はロッキー山脈にあります。また、アジア側は日本列島を代表とする弧状列島ですが、海の水を取り去れば、ロッキー山脈、アンデス山脈に匹敵する大山脈が出現します。海のプレートが沈み込むときには海底に溜まった堆積物や、島やサンゴ礁を陸に押し付けていきます。付加物と呼ばれます。この部分は陸塊が成長している部分です。
アルプス=ヒマラヤ造山帯の東の端はマレー半島から、インドネシア、ニューギニアにかけて弧状列島になっています。また、フィリピン海プレートは日本の伊豆半島を北端として、琉球諸島、台湾、フィリピンと南下しています。その南は太平洋プレートがニューギニア付近からニュージーランドを経て南極プレートまで沈み込み帯と弧状列島を成しています。
プレートの境界では移動するプレートが歪み、それが元に戻るときに地震が起こきます。したがって、地震の発生する地点(震源)を世界地図に書き込むと、帯状になり、そこがプレートの境界となります。現在ではGPSを利用した精密な測量で年数cmの地面の動き(海では使えない)を測定して、移動の方向がそろった地域をプレートと決めることができます。
+++ 鉱物は熱水によって地殻から抽出され、鉱山を作る +++
環太平洋造山帯の山脈では褶曲でできた山のほかに火山があります。湖水・山岳などの観光資源に加え、温泉も楽しめます。環太平洋造山帯にはもう一つの特徴があります。それは豊富な鉱物資源です。鉱物資源を含むところを鉱床といいます。そこには採掘対象となる元素が濃集しています。
地殻を構成する鉱物のほとんどは珪酸塩です。珪酸は陰イオンであり、銅やニッケル、コバルトなどの金属イオンは陽イオンなので、プラスとマイナスが相殺する数比で結合します。また、イオンなので水に溶けます。ただし、食塩のように簡単に溶けません。熱水中で少しだけ溶けます。水は高い圧力の下では374℃まで液体でいられます。100℃以上の熱水はさまざまな金属イオンを溶かしますが、冷却すると、溶けにくい金属イオンから沈殿になって出てきます。沈殿する温度や金属イオンの種類は共存する陰イオンの種類にもよります。
海底でマグマの活動があるところでは、熱水噴出孔ができます。噴出孔からマグマによって加熱された地下水が熱水として噴き出します。熱水はすぐに冷やされるため、熱水中に溶けていた化学成分はその場で沈殿して筒状に成長します。沈殿物が崩れて海底に積みあがると、そのすきまを更に熱水性沈殿物が埋めていき、大きな塊が形成されます。長い年月の果て、熱水性沈殿物をつくりやすい特定の元素(亜鉛、銅、鉛、鉄など)が熱水の噴き出し口周辺に集まって鉱床が生成されます。
海域の火山活動は3箇所に分けられます。海嶺、海山、そして日本のような島弧です。海嶺で造られた鉱物も、海山で作られた鉱物も海洋プレートの移動によって島弧の下へと運ばれ、付加物として堆積します。太平洋造山帯には多くの鉱床があるのはそのためです。チリの銅鉱山、日本の金鉱山などは有名です。日本は黄金の国、ジパングと呼ばれました。
マグマの熱でおこる熱水による鉱床の形成は海底だけではありません。マグマが冷却固結して約400℃以下になると、マグマ成分から高塩濃度の熱水が出てきます。それにはたくさんの重金属が溶けています。その熱水が割れ目を移動し、地下水と混合して温度が下がり、例えば、硫化鉱物の沈殿ができます。
+++ 酸化還元反応でも鉱床ができる +++
金属鉱物鉱床生成のもう一つのメカニズムは酸化還元です。ラン藻が作り出した酸素による酸化作用で水溶性の鉄イオンが酸化され、沈殿してできた縞状鉄鉱石は、以前に紹介しました。
ウランは岩石中に含まれています。ウランは流水による浸食作用の途中で、酸化により6価のイオンとなって水溶性が高まり、水に溶け出します。ウランを含む溶液が地表あるいは地下で石墨や炭質物などの還元剤に出会うと、ウランは4価に還元されて吸着・沈殿します。
中央ヨーロッパ一帯に、銅鉱床があります。この鉱床は、海底のような嫌気性の環境で硫酸還元バクテリアの作用により、鉄の硫化物とともに黄銅鉱が沈殿したことにより生成したと考えられています。
バクテリア・リーチングという方法があります。特定のバクテリアの酸化還元能力が銅イオンや鉄イオンを利用することから金属をイオンの形(水溶液)で取り出す技術です。低品位鉱物の利用の研究に応用されていましたが、いまでは廃棄物の重金属処理にも応用されています。
太平洋の底に眠るマンガン団塊。できたメカニズムは不明です。難溶性の4価のマンガンからできていますが、2価のマンガンは易溶性です。このため、生物遺骸の分解などで生じる還元環境では2価イオンに変わり、堆積物中に埋没したマンガン団塊は溶けてしまうと考えられています。マンガン団塊の鉱床は、現在できつつある鉱床です。
酸化作用は大気中の酸素に由来し、酸素が入り込めない地底では生物作用や、生物由来の炭化物などの作用で還元作用が進行します。また、火山で噴出する硫黄や硫化水素、二酸化硫黄などのガスも酸化還元に影響します。
+++ 生物由来の有機物も鉱床を作る +++
生物自体が変化した化石燃料鉱床として石炭、石油が代表的です。
最も消費量の多い工業鉱物資源である石灰岩(炭酸カルシウム)も生物由来です。この石灰岩はサンゴや有孔虫など石灰質殻をもつ生物の遺骸です。熱帯および亜熱帯の海洋に分布する島では、珊瑚礁が発達して鉱床が作られています。生物による石灰岩の形成は大気中から二酸化炭素を取り除く大きな作用で、気候の温暖化と平衡関係にあります。
珊瑚礁の石灰岩と海鳥の糞とが反応すると、炭酸カルシウムが燐酸カルシウムに変わります。太平洋の島々にはこのようにして生成した燐鉱石(グアノ)が大量にあり、アメリカや西ヨーロッパの列強が小さな島を植民地にした理由はグアノの独占でした。
最近注目されているのはメタン水和物です。別名燃える氷。海底の水温はほぼ4℃。海底に沈殿した生物の遺骸がこの温度でゆっくりと嫌気醗酵されてできたメタンなどが水分子でできる籠状の構造に取り込まれて安定化しました。メタンなどの気体成分を溶解した水は、低温で気体水和物と呼ばれるシャーベット状の固体になります。海底下の探査が進んで、世界各地の海底で、鉱床を形成するほど多量のメタン水和物層が発見されました。
+++ 金属は純度を高めて使う +++
金属鉱物は元素のレベルまで純粋になるまで精製してから使います。鉄は鉄鉱石や砂鉄を高温で溶かし、それを固めた後に不純物を除いて造ります。銅は鉱石を硫酸に溶かし、硫酸銅水溶液としてから電気分解により精製します。金属イオンはプラス電気を帯びていますので、陰極へ結合します。また、加熱したときに融ける温度(融点)の違い、鉱石に含まれる粒の密度の違いを利用して精錬します。
+++ 精製や抽出により、貴重なものが得られるというイメージがある +++
精錬、精製、純化、抽出。いずれも、鉱物から金属を、植物などから薬効成分を取り出す物理化学的な操作を意味します。混合物から一つの要素を取り出す作業なので、エントロピーを下げる、またはエネルギーを消費する作業です。不純物を取り除く操作なので、社会的にもプラスのイメージを持ちます。取り出された成分は高貴で、効果が高く、貴重なものとして珍重されます。
西ヨーロッパの中世では神の力すら抽出、濃縮できるというイメージで、錬金術が探索されたことがありました。錬金術とは自然界に存在するスーパーパワー(なんと表現していいの?)を引き出す技術のことです。その一つの成果が金を作り出すことでした。元々科学は、自然哲学と呼ばれて、哲学の一派でした。PhDを博士号に使う理由もこの辺にあります。自然を理解するために、神学的な考え方、魔術的な要素と結びついて礎が整理されていました。ニュートンも晩年は錬金術や占星術の研究に没頭しました。彼は自然哲学者であって、科学者ではなかったのです。
現在でも、思考や体験を通して、精神力を「純化」するような、そしてそのことで考えられないパワーをもたらすような理論がもてはやされることがあります。科学的にはあくまで「すでにあるもの」を取り出して濃縮するだけで、何かが付加されるものではありません。精製法を研究する間に「すでにあるもの」の性質について情報が得られます。
+++ 不純物は必要ないのか +++
精製、抽出する一方で、不純物は不要なものとして捨てられます。その中に重金属が含まれていれば鉱害が引き起こされました。この点でも人類は貴重な体験を持っています。できるだけ捨てないことが望ましい。しかし、純粋な物質を原料、材料として必要とする技術の中にあっては何かしら捨てないわけには行きません。
現代の化学技術では、エネルギーを費やして抽出・精製したものを人工的にコントロールした条件下で混合したり、組み合わせることで必要な機能を、性質を得ることが基本です。このようにして作り出された人工的な物質は数千万種類あります。化学の図書館の書棚を埋めるケミカル・アブストラクトに驚いた方は多いでしょう。しかし、組み合せは無限であり、しかも、これからはそのナノスケール粒子の特異な性状も含め記載が増えていくはずです。
+++ 知識はデータから抽出される +++
経営情報学やデータベース論では、データ、情報、知識を区別して、ある状態を認識する実務としての過程に使われます。コンビニなどで導入されているPOS(販売時点管理システム)がよく例に挙げられます。1件1件の買物に関するデータ(販売時点、商品名、価格、数、購買者の年齢、性別など)が、統計的に(日単位、店単位、地域単位といった具合に)集計されると情報になります。情報に基づいて、法則を導き出して販売戦略にまで有効利用できれば知識となります。
+++ マスコミの仕事は知識の抽出ではないか +++
報道発表資料は今や行政や自治体のホームページで一般の人間が簡単に入手できます。すると、新聞はネット上でそれらのページをアクセスできる機能を配布すれば事足りることになるでしょうか。ただ、記事に関連する正確で豊富な情報、歯に衣着せぬ鋭い批判や解説や論評は必要でしょう。新聞や雑誌は「読者欄」で申しわけ程度に「下々の声」を載せてきましたが、今の時代はブログなどがその代わりをしています。読み手の中には、記者よりよほど専門知識があったり、鋭い批評眼を持った人間がいます。すると、マスコミは、ネットを通じて突きつけれた記事への批判や論評を公平に情報整理する義務が出てくるでしょう。つまり、マスコミとは、情報の信頼性からその解釈の信頼性へスタンスを変える必要があるでしょう。また、大量の情報から知識の抽出が役割となっているはずです。重要なのは情報、知識の抽出作業の判断基準となるはずで、その基準を読者は選択することになるでしょう。
+++ 学問の知識とは +++
学問は、人間が感知できる世界を知ることが基本です。世界に存在する物、起こる自然現象、および人間が引き起こすもろもろの事象が対象です。世界のすべての内容を人間の脳が理解できる形で説明しようとする試みです。さらには、人間が感知する限界を押し上げ、認識する世界を拡大しようとしています。これらの知識を使って、我々は身の回りの現象を理解し、判断し、対応を試みます。我々の理解でき、記憶できる量は限られていますから、必要な知識を整理して取り出しやすくするための工夫が学問です。
つづく