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ホーム ＞ ㈠地球と生命 ＞ ��太古代 生命誕生の奇跡 (1) 上空で作られたアミノ酸生命の起源。それは科学の最大のテーマであるだけでなく、人類の大きな哲学的テーマの一つで、ロマンに満ちた話題です。 地球史４６億年の中で、生命がいつ発生したのかは正確には分かっていません。 ４０億年前という説、３８億年前という説、もっと後だという説もありますが、 ４０億年前から２７億年前までのどこかで、有機分子（アミノ酸など）から 高分子（タンパク質など）を経て、生命体が誕生しました。 有機体が生命体であるためには、少なくとも２つの条件が必要です。 １つは自己複製機能。DNA上の情報を解読・翻訳して様々なタンパク質を合成します。 ２つ目は代謝機能。外界からエネルギーを取り出し、自分の体を作ります。 代謝は酵素（タンパク質）が担います。生体内の化学反応の触媒と言っても良いでしょう。 しかしここでパラドックスがあります。 酵素を作るためには、酵素の設計図が書き込まれているDNAが必要だし、 そのDNAを組み立てるには酵素が必要です。まさに「にわとりと卵」の関係にあります。 初期地球にはDNAも酵素もありませんでした。これでは生物の誕生は永久に不可能です。 1980年代にRNA (DNAから情報をコピーして複製先にペーストするメモ帳のようなもの) の中に 「遺伝情報を記録し、なおかつ酵素としても機能するものがある」ことが発見されました。 それに基づいて「現在のDNA生命よりも前に、RNAが遺伝と代謝を担うRNA生命が存在した」 という仮説が提案されました。これをRNAワールドといいます。そして、RNAは徐々に 遺伝情報の保存能力をDNAへ、触媒能力をタンパク質へと譲り渡していったといわれています。 （→過古事記参照） しかし、仮にRNAがタンパク質よりも先にあったとしても、 H, C, N, Oなどの元素から、いきなりRNAが生成される確率は限りなくゼロに近く、 RNAが生命の起源物質であるとして決着がついたわけでは全くありません。 窒素、水、C0, CO2などの材料から大気中や海中で一つ一つ反応を進めて、 アミノ酸や核酸塩基や糖などの生物有機分子が自然にできあがることはまず不可能で、 さらにそこからDNAやタンパク質などの巨大分子（ポリマー）が自然にできあがることも 何か魔法のような仕掛けでもない限り、まず不可能です。 しかし、その魔法の仕掛けが見えつつあるのです。 1990年代以降に急速に進展した惑星形成論によって、初期地球の環境が分かってきたためです。 最近、中沢弘基著「生命の起源 地球が書いたシナリオ」を読みました。 この本は生命の起源について極めて重要なヒント・仮説を提示しています。 読みこなすためにはそれなりの基礎知識が必要ですが、 噛み砕いて、簡潔にこの本の要点を３回に分けて解説したいと思います。 アンモニアがどうやって地球上に現れた？（アンモニアがないとアミノ酸はできない）有名な1953年のミラーの実験では、原始大気であるアンモニア、メタン、水の混合気体に火花放電をさせ、タンパク質を構成する何種類かのアミノ酸を合成することに成功しています。 しかし「地球の原始大気はアンモニアとメタンである」という当時の前提は今や崩れています。 マグマオーシャンの原始大気は1200℃以上の酸化的な環境だったので、 アンモニア、メタンなどの還元性気体は即座に分解してしまいます。 初期地球においてアンモニアやメタンは安定に存在し得ません。 原始大気は二酸化炭素や窒素酸化物などの酸化性気体が主成分なのです。 アミノ酸が生成するためにはアンモニアは絶対的に必要な前駆体ですが、 そのアンモニアがどうやって地球上に現れたのかすらわかっていなかったのです。 その謎を解く鍵は、微惑星・隕石の爆撃でした。 微惑星・隕石の銃弾爆撃を受けた太古の海洋原始地球の進化の様子をおさらいしておきましょう。(1) 原始地球は多数の微惑星・隕石の衝突・合体によって急速に成長し、 45.5億年前に現在とほぼ同じ大きさになった。 (2) 衝突した微惑星はいったん蒸発し、金属や岩石はすぐに凝集して沈殿したが、 水蒸気、二酸化炭素、窒素は大気成分となった。金星と同じ100気圧程度。 (3) 微惑星の衝突エネルギーによって地球の表面は融解し、マグマオーシャンができていた。 マグマオーシャンの温度は岩石が溶ける1200℃以上。 (4) 大気中にメタンやアンモニアが存在したとしてもすぐに分解され、 生命の素になる有機物を完全に除去した無機の世界にリセットされた。 (5) 微惑星・隕石の衝突の頻度が落ちると地球表面の温度が下がり、水蒸気が凝集して 43億年前には海が出現する。大気は１気圧に近づく。35億年前には隕石の衝突はおさまる。 つまり、遅くても40億年前には海ができていて、35億年前頃まで、 微惑星・隕石は現在の1000倍以上の頻度で衝突を続けていました。 40-38億年の間に１平方メートルあたり200トンもの隕石が降り積もった！ そこで何が起こっていたのでしょうか？ 「有機分子のビックバン説」衝撃蒸気流でできたアンモニアとアミノ酸アンモニアやアミノ酸が生成される過程を簡単に説明します。(1) 微惑星・隕石が海に衝突すると、微惑星・隕石（金属、鉱物、炭素）は蒸発して 微粒子となって噴出。 (2) 衝突によって海水は超臨界水となる。超臨界水は気体として振る舞いながら、 金属や鉱物を原子や分子の状態で溶かし込む。極めて反応性の高い雲を形成。 (3) 超臨界水は一気に還元され、多量の水素と反応熱を発生。 (4) 超臨界水と水素と隕石の気体は高温の衝撃蒸気流となって大気圏に上昇する。 (5) この衝撃蒸気流の中に原子の状態で溶解している金属鉄は還元剤として作用する。 鉄が水を還元して酸化鉄になり、還元環境が作られる。 (6) 隕石の気体の中には固体炭素の微粒子も含まれる。還元条件の衝撃蒸気流の中で 超臨界水や水素と固体炭素が反応すれば多様な有機分子が生成される。 (7) 固体炭素はもともとベンゼン環が無限に連なったものだから、ベンゼン環を有する アミノ酸も容易に生成できてしまう。 (8) 還元条件の中で窒素と水素ガスからアンモニアができる反応が容易に進行する。 生成したアンモニアは上空で冷却され、雨滴に溶けて海に回帰する。 アンモニウムイオンとなって安定に海水中に存在する。 N2、H20、C0, CO2などの小さな分子から一つ一つ反応を進めて有機分子を作るのは 何十億年かけても無理。 隕石の衝突による高温の衝撃蒸気流の中で、炭素、水素、窒素、金属を溶かし込んだ 還元的な超臨界水の中で、一挙に有機分子が生成され、上空から降って来たという説。 これが「有機分子のビックバン説」です。40-35億年前の出来事です。 本の筆者は衝撃蒸気流内のアンモニアやアミノ酸の合成実験に成功しています。 詳細は本を参照してください。 まとめ（ココだけ読めばわかります）● 生命の起源は初期地球の環境が分からなければ解明できない（生物や化学だけでは分からない）● 生命の素になった有機分子は隕石の海洋衝突による衝撃蒸気流の中で生成された ● 隕石に含まれる固体炭素が有機分子の素材となった ● 有機分子を生成する還元的環境を作ったのは、超臨界水に溶けた隕石の金属鉄である。 ● 海が出現し、隕石衝突がまだ激しかった40−38億年前のワンチャンスに有機分子ができた。 次の難関は、「アミノ酸などの簡単な有機分子が、いかに重合して タンパク質や核酸などの高分子になることができたか？」です。 次回 「生命は地底で発生した！」です。 週間ランキング▶▶▶ 6位/581 (08/10/30) 2位/181 (08/10/25) 2位/420 (08/10/27） |
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地震のしくみと地震予知（１） 阪神淡路大震災から13年ほど経過しました。この震災を契機に、 地震観測網が整備され、地震シミュレーション研究などが大きく進展しました。 その結果、ここ10年ほどで地震の科学がめざましく発展し、 地震予知が科学の射程に入りつつあります。 「大地震の発生する場所はあらかじめ決まっている」とする考え方と， 「大地震はどこでも発生しうる」という考え方の二通りがあり、 どちらが正しいかは長らく論争がありました。 最近の研究により、前者であることがことが分かってきました。 「地震のしくみと地震予知」について３回シリーズで解説します。 その１：アスペリティで地震が起こるこんなマンガを見かけたことがありませんか？陸のプレート(岩盤)は、海のプレートに引きずり込まれ、耐えきれなくなった時に、 陸のプレートはビョ〜ンと跳ね上がります。これが海溝型の地震です。 ↑↑↑しかしこれは地震のしくみを説明する古典的な図で、 最近ではこんな図↓↓↓で表現されています。 陸と海のプレートの境い目はガッチリかみ合っている部分とずるずる動いている部分があります。 ガッチリかみ合っている部分は普段は全く動きませんが、地震の時だけバリバリっと動きます。 この「ガッチリかみ合っている部分」を「アスペリティ」と言います。 最近１０年程度で認識されるようになった概念です。ぜひ覚えて下さい。 アスペリティとは？アスペリティとは、プレートの境い目に分布する、周囲にくらべて摩擦強度の大きな領域です。地震波の記録を丹念に解析することによってアスペリティの分布が明らかになってきました。 （アスペリティの空間分布のイメージ） 陸に平野や山地があるのと同じように、海底にも平野や山地・山脈があります。 まだら模様に見えるアスペリティのランダムな分布は、 陸の下に潜り込んでしまったかつての海底の山地（海山 [かいざん]）の分布に 相当するのではないかと考えられています。 地下に潜り込んだ海山の「でっぱり」が引っかかって、 プレート運動にブレーキが効いている状態になっているらしい、と言われています。 アスペリティの規模は地域によってまちまちです。 北海道や東北の太平洋側ではアスペリティの半径は数10km程度です（下図）。 静岡から高知へ至る南海トラフではアスペリティは半径100m以上の円形〜楕円形です。 地震の正体はアスペリティの破壊ださて、「地震」を一言で言い表せば、地下の岩石が破壊してずれることです。ある一点（震源）から始まった破壊は、立体的にではなく、平面的にバリバリっと広がります。 このように破壊してずれた面が地震断層です。 この破壊面が、まさにアスペリティに相当するのです。 つまり、地震の正体はアスペリティの破壊なのです。 ところで、一回の大地震で地震断層はどの程度のずれるのでしょうか？ 上の図の四国沖や紀伊半島沖などの青い部分の中にある数字がずれた距離です。 おおざっぱには１mから５m程度といったところです。 （ですから一番上の図は実は大げさなのです。） なぜ５mなのかというと... 海のプレートは毎年5cm前後の速さでもぐり込みますから、 100年間ブレーキが効いていれば、アスペリティに５m（100年分）の歪みがたまります。 100年に一度、ブレーキに限界が来て、ギギッとスリップして一気に歪みを解放し、 ５mずれたところでまたブレーキが効き始めます。 ５mはアスペリティの直径の0.01%に過ぎないので、極めて微小なずれです。 しかし、秒速数メートルで大地が動きますから、とてつもないエネルギーを放出します。 ご存知のように、エネルギー（地震の規模）を表す数値としてマグニチュードを用いますが、 マグニチュードは、破壊した地震断層の面積と、ずれた距離によって決まります。 つまり、大きなアスペリティが数百年ぶりに破壊すれば、マグニチュードは大きくなります。 10mもずれたらマグニチュード8.5以上になるでしょう。 まとめ（アスペリティモデル）● プレート境界面には、滑りやすい場所と引っ掛かっている場所(アスペリティ)がある。● 地域によって固有のアスペリティがあり、サイズはまちまち。アスペリティのない場所もある。 ● 普段はアスペリティが踏ん張っているから（ブレーキが効いているから）地震は起きない。 ● アスペリティに歪みがたまって、耐えきれなくなってずれる（岩石が破壊する）のが地震。 ● 地震が起こる場所はアスペリティに限定されていて、固有の再来周期（破壊周期）がある。 ● アスペリティは一度ずれても、またがっちりと噛み合い、周期的に地震を繰り返す。 ● 大きなアスペリティほど長期間踏ん張りがきくが、破壊すれば巨大地震を起こす。 例）静岡〜高知の南海トラフ アスペリティの直径100km以上、破壊周期は100-200年程度、M８クラス ● 小さなアスペリティは踏ん張りがきかず、ちょくちょく壊れ、似たような地震が時々起こる。 例）北海道や東北の太平洋側 アスペリティの直径数10km程度、破壊周期は50年程度、M７クラス アスペリティという概念はここ10年程で定着した概念で、 アスペリティ範囲や、破壊履歴、歪みの蓄積度合いを知ることが地震予知の第一歩。 （参考にした書籍：東大出版会「地震予知の科学」日本地震学会地震予知検討委員会編） 次回は 地震のしくみと予知のしくみ その２：「ゆっくりすべり地震の発見」
＃ どうやってアスペリティの分布がわかったのか？ ＃ 周囲でずるずる滑っているのがどうしてわかったのか？ にほんブログ村 科学ブログ（最高位6位）  FC2ランキング 自然科学ブログ（最高位２位） くつろぐブログランキング 科学技術（最高位２位） ↑↑↑１日ワンクリックお願いします↑↑↑ |
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ホーム ＞ ㈡地球と人類 ＞ ��近世〜近代 江戸時代の大地震江戸時代は「災害の見本市」と言ってもいいほど、多くの災害に見舞われた時代でした。天候不順による凶作・飢饉、火山噴火による災害、そして大地震と津波です。 凶作・飢饉が多発したのは江戸時代が寒冷だったためですが、 火山活動や地震活動については、江戸時代に特別に活発化したというわけではありません。 人口が増加し、家屋が増えたために被害が目立ったり、 以前より文書としての記録が多く残されるようになったためだと思われます。 江戸時代に死者1000人を超えたマグニチュード８以上の大地震は、 三陸沖で１回、関東で１回。飛び抜けて多いのが、４度の東海-南海地震です。 1605年 慶長地震 （東海・東南海・南海） 1611年 慶長三陸地震（三陸沖） 1703年 元禄地震 （関東） 1707年 宝永地震 （東海・東南海・南海） 1854年 安政東海地震（東海・東南海） 1854年 安政南海地震（南海） （東海は静岡沖、東南海は紀伊半島沖、南海は四国沖） これらの共通点はすべて海で起こっているということです。 江戸時代や日本列島に限らず、世界中のM８を超える大地震の９割以上は 海で起こる「海溝型地震」です。 海溝型地震は規模が大きいだけではなく、津波を引き起こすことが特徴です。 東海・南海地震とは？東海・南海地震に着目すると、飛鳥時代以来、以下のような「歴史地震」が知られています。 （西暦） （地震） （ﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞ） （被害） 684 白鳳南海地震 8.0〜8.3 死者多数・土佐で津波被害 887 仁和南海地震 8.0〜8.5 京都・摂津を中心に死者多数 1096 永長東南海地震 8.0〜8.5 死者1万人以上、伊勢・駿河で津波被害 1099 康和南海地震 8.0〜8.5 死者数万、土佐で津波により大きな被害 1361 康安南海地震 8.0〜8.5 死者多数、摂津・阿波・土佐で津波被害 1498 明応地震 8.2〜8.4 死者3万〜4万人以上、伊勢・駿河で津波被害 1605 慶長地震 7.9〜8.0 死者1万〜2万人の津波地震、関東〜九州で被害 1707 宝永地震 8.4〜8.7 死者2,800〜2万人以上、関東〜九州で津波被害 1854 安政東海地震 8.4 死者2千〜3千人、房総半島〜四国に津波被害 1854 安政南海地震 8.4 死者千〜3千人、紀伊・土佐で津波被害 1944 東南海地震 7.9 死者・行方不明1,223人、伊豆〜紀伊で津波被害 1946 南海地震 8.0 死者・行方不明1,443人、房総〜九州で津波被害 20XX 想定東南海地震 ? 30年以内の発生確率:60％、50年以内の発生確率:90％ なんで昔の地震のマグニチュードがわかるの？地震の計測が始まったのは明治時代。それ以前の時代の地震は、古文書をたよりに木造家屋の全壊率や墓石の転倒具合を調べ、 その被害の大きさから各地の震度を推定します。 被害が最大だった地域を中心に、震度６、５、４の分布域の半径を決めていきます。 近年の地震で、震度分布域の半径とマグニチュードの関係式がわかっているので 昔の地震のマグニチュードがある程度の精度で決めることができます。 東海・南海地震の歴史法則次に、南海 (A-B)、東南海 (C)、東海 (D) の位置関係で年代順にならべるとこのようになります。各海域で単独で起きたり、連動して起きたりしていることがわかります。 これを見ると、以下のような法則（経験則）が読み取れます。 【法則１】 この海域の地震は100年から250年程度の周期で起こる。 【法則２】 東南海地震(C)が起こった時に、東海地震(D)を伴う場合と伴わない場合がある。 （東海地震(D)だけが単独で起こることはない。） 【法則３】 東南海地震(C)と同時、または数年以内に必ず南海地震(AB)が起こる。 （南海地震の後に東南海地震が起こることはない。） 【法則４】 南海地震だけが単独で起こることがまれにある。 【法則５】 東海地震、東南海地震、南海地震が一挙に起こることがたまにある。 実は、南海地域は世界で最も地震の歴史が詳しく分かっている場所です。 なおかつ現在、世界でもっとも地震、地殻変動の観測網が整備されているところです。 世界中さがしてもこのような場所はありません。 そして、今世紀中頃までに東南海地震が再来することはほぼ確実です。 まとめ●江戸時代は凶作・飢饉、火山噴火、大地震・津波などの多くの災害に見舞われた。●凶作・飢饉が多発したのは江戸時代が寒冷だったためである。 ●江戸時代に地震が増えたように見えるのは、被害が正確に記録されるようになったからである。 ●日本のほとんどの大地震は海で発生しており（海溝型地震）、世界的に見てもそうである。 ●南海 (AB) 、東南海 (C)、東海 (D)は、活動史が世界で最も詳しく分かっている地震である。 ●この海域の地震は100年から250年程度の周期で起こる。次は今世紀中頃。 ●AB←C連動型 AB←CD連動型 AB単独型（まれ） ABCD連動型 の４パターンがある。 次回は、 １．そもそもなんで地震が起こるの？ ２．なんで同じ場所で繰り返し起こるの？ ３．なんで震源域が、東海、東南海、南海の３地域に分かれているの？ ４．最先端の地震予知は？ 予知はできるの？ できないの？ について解説します。 週間ランキング▶▶▶ 6位/581 (08/10/30) 2位/181 (08/10/25) 2位/420 (08/10/27） |
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ホーム ＞ ㈡地球と人類 ＞ ��近世〜近代 環境先進国・江戸（２）温暖化問題よりも、はるかに切迫した問題は、食糧問題とエネルギー問題。そんな気がします。「１５年後には世界的な飢餓の時代に突入する」と言っている人もいます。（詳細は別の記事で） これらの問題のネックになっているのは人口問題です。 食糧や資源そして環境と人口とのバランスを理解するには、 やはり、江戸時代がよいヒントを与えてくれるようです。 まずは、日本の人口がどのように推移してきたのかを見ていきましょう。 「人口波動」って何だろう人口学にはいくつかのセオリーがあるそうです。�ー匆颪�養うことができる限度まで人口が増えてしまうと人口は停滞し、人口圧が高まる。 �⊃邑�圧(ストレス)が高まると、新しい生産技術を工夫したり、新しい資源を探すようになる。 �５蚕儚弯靴�成功すれば、再び人口を増加させることができる。 世界の人口は一直線じゃなくて、波打つように増加してきたことが知られています。 上記の人口学のセオリーで、波打つような人口のうねりを説明できるのだそうです。 このような人口のうねりを「人口波動」といいます。 日本の人口波動さて、鬼頭氏の著書によれば、過去１万年間の日本は４回の人口波動があったといいます。【人口波動の第１波：縄文時代】
推定人口の推移をみると、まさに気候変動の影響をダイレクトに受けていたことがわかります。 【人口波動の第２波：弥生〜奈良〜平安〜鎌倉時代】
寒冷だった古墳・飛鳥時代も（大陸からの移民によって？）増加を続け、 奈良時代には弥生時代の約１０倍に増加します。 律令制の整備などの社会制度の変革により大開墾時代が開幕したのが要因です。 当時の急激な温暖化も開墾を後押しした要因の一つでしょう。 平安時代に成熟期を迎え、その後、鎌倉時代まで人口は頭打ちになります。 【人口波動の第３波：南北朝から江戸前期】
その理由はズバリ、15世紀以降、市場経済が成長したからです。 農業技術の進歩によって生産高が上がり、手工業や商業の発達とともに、 金融や流通も活発になり、徐々に全国に経済ネットワークができました。 人口が持続的に増加する新たな文明システムができあがったのです。 欧州では危機の17世紀と呼ばれる寒冷期であり人口停滞期だったのに、 江戸時代前期は人口が100年で３倍にも爆発したのは驚くべきことです。 農業市場経済のシステムが完成した18世紀には人口はピタリと停滞します。 【人口波動の第４波：幕末〜現在】 幕末の開国、欧米の制度を導入して、19世紀末期には工業化を成し遂げて、 経済成長を加速させていき、人口は100年で江戸時代の３倍以上に爆発します。 しかし、過去の人口波動と同じように、21世紀の人口は成長も頭打ちになり減少に転じました。 まとめると... 日本の人口波動とは...４回のうねりで成長してきた日本の人口ですが、その実体は、【第１波】 縄文時代の温暖化による豊かな自然環境のもとで成長。その後寒冷化で衰退。 【第２波】 温暖化を背景に稲作伝来に続く大開墾で成長。平安時代は温暖なのに成長停滞。 【第３波】 寒冷化にもかかわらず、土地生産性の向上と市場経済の成長で人口増加。 この文明システムは江戸時代後期で成熟。その後１世紀半にわたって人口は停滞。 【第４波】 温暖化の時代。20世紀の工業化による急速な経済成長。21世紀で人口頭打ち。 気候変動が背景にはあるものの、人口波動を作ってきたのは 社会構造の変革や技術革新だと言えそうです。 第４波の人口停滞期にある21世紀の日本。 第３波の人口停滞期にあった18世紀の江戸時代が参考になるのかも知れませんね。 「環境先進国・江戸」の特徴は？江戸時代の特徴は４つあります。�〆得顕椎修併餮擦鮃馥發粘袷桓�給 ��完璧なリサイクルの実践 �４柄任弊験萢夕阿叛疆戮△訃暖顱� これらは前の記事で触れましたが、それらに加え、 ��静止人口に近い状況を達成 があります。 持続可能な社会の条件の一つは、最適人口で人口が静止することです。 18世紀に江戸時代の人口が静止したのは、人口を抑制したからという説もありますが、 いずれにせよ、日本が閉鎖システムで持続可能な社会を維持する場合、 当時の人口3200万人が、養える人口の上限に近かったことを意味しているのでしょう。 極端な話、もし今、石油と食糧の輸入がストップしたら、 日本はせいぜい4000万人程度しか養えない、ということを意味しているのかもしれません。 参考にした書籍・記事 鬼頭 宏著「環境先進国・江戸」 (PHP新書) キーワード『21世紀を読むヒントは江戸時代にあり』 logosecoさんの記事：http://blogs.yahoo.co.jp/logoseco/53368969.html 週間ランキング▶▶▶ 6位/581 (08/10/30) 2位/181 (08/10/25) 2位/420 (08/10/27） |
