いったいなぜ地球は濡れているのでしょうか？

水を一口飲むたびに、おそらく45億年前の液体を飲んでいることになる。地球は、地球自体と同じくらい古い生命維持物質で満ちている。天体物理学者もその物質がどこから来たのか完全にはわかっていないが、状況証拠から、水を含んだ隕石が誕生したばかりの地球を激しく衝突した可能性がある。その岩石の雨は、完全に乾燥した場所を独特の湿った世界に変えるのに役立っただろう。

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少なくとも、より湿気の多い地球だ。地球は推定 326 京ガロンの水で覆われているが、想像以上に乾燥している。フランス、ボルドー_天体物理学研究所の天文学者、ショーン・N・レイモンド氏は、水分含有量がわずか 0.023 パーセントの地球を、水分含有量が約 2 パーセントのクラッカーに例えた。それでも、地球が誕生した当初よりはずっと水分が多い。

非常に乾燥したスタート

太陽系が最初に形成されたとき、若い惑星のいくつかは水が存在するには暑すぎた。「地球と火星は太陽系の霜線に位置していたため、極めて乾燥した状態で形成されたはずだ」とセントラルフロリダ大学の小惑星専門家ウンベルト・カンピンス氏は言う。

46億年前、太陽が崩壊したガスと塵の雲から凝集したとき、その猛烈な熱が境界を作った。その外側の宇宙は、氷の粒が固まるほど冷たかった。（これは、はるか遠くの木星と土星に海の衛星がある理由を説明する。）その内側では、熱によって水が蒸発した。地球と他の内惑星は、残った乾燥した岩石と高密度の金属から凝集した。数百万年後に何かが起こり、それらの惑星に水が供給されたに違いない。天文学者たちは、いくつかの可能性のあるシナリオを検討してきた。

月の表面にあるクレーターは、霜線の地球側が宇宙の岩石に絶えず襲われていたことを示している。特に激しい雨は後期重爆撃と呼ばれる。専門家の中には、これらの飛来物、具体的には地球に落下する小惑星の破片である隕石は、宇宙の水風船のようなものだったのではないかと考えている人もいる。この仮説は、2010年に小惑星24番テミスで薄い霜の地殻が発見されたことで裏付けられている。さらに最近では、NASAが画期的なサンプル回収ミッション中に地球近傍小惑星ベンヌで水分を含む粘土鉱物を発見した。

それでも、太陽系外惑星の雲から出たガスが水素を溶かして地球のマグマ層に運ぶなど、他のプロセスが地球への水の供給に関わっていた可能性はある。また、複数の発生源や段階があった可能性もある。

「パズルのピースははっきりしていません」と、ベンヌの中身を調査したチームのメンバーであるカンピンス氏は言う。しかし、彼は「水がどこから来ているのかについての考えを与えてくれる」一つの大きな手がかりを指摘する。それは、私たちの水系を流れる水素の種類だ。

一致する要素

宇宙で最も一般的な水素は、電子が周回する孤立した陽子を持つ。しかし、中心に陽子と中性子が押し込まれた、重水素と呼ばれる少し異なる形態もある。天文学者は、地球の水に含まれる重水素と通常の水素の割合を測定し、太陽系の他の物体でその「DH比」を探した。

隕石の一種である炭素質コンドライトは、かなり良い一致であることがわかった。太陽系がかつて古代の建設現場だったとしたら、コンドライトは溶けていない瓦礫だと考えてほしい。コンドライトは小惑星帯の外側、火星よりも木星に近い部分から来ており、おそらく霜線の湿った側で形成されたのだろう。レイモンド氏は、氷と水分の多い鉱物を豊富に含む炭素質宇宙岩石約1トンが、地球に110～220ポンドの水をもたらした可能性があると見積もっている。木星と土星の質量が「非常に急速に大きくなった」とき、この巨大ガス惑星はそれらの岩石を太陽と内惑星に向かって蹴り飛ばしたと彼は言う。

隕石には「炭素や生命に関連する他の分子など、有機質の粘液が大量に含まれます」とレイモンド氏は説明する。また、太陽系初期の水、亜鉛、水素など、加熱すると簡単に蒸発する揮発性物質も含まれている。これらは現在地球上で見つかるが、揮発性物質の中にはまだ見つかっていないものもある。「炭素質コンドライトが地球の水の元になっているのであれば、希ガスも元になっているはずです」とカンピンズ氏は言う。しかし、炭素質コンドライトはそれらの元素を供給していないため、その隙間を埋めたのは何か他のものだ。2010年代半ばに欧州宇宙機関の探査機ロゼッタと着陸機フィレーによって詳しく調査された彗星67Pには、適切な希ガス含有量があるとカンピンズ氏は指摘する。

これは、多数の宇宙物体が希ガス、H ₂ O、その他何が地球に衝突したか分からないという考えを裏付ける。「水の大部分が小惑星の衝突によってもたらされ、希ガスの大部分が彗星によってもたらされたとすれば」、基本的な計算は合っているようだとカンピンズ氏は言う。「しかし、自然はそれよりも少し複雑だと思います…その2つの衝突のタイミングが同じではなかった可能性もあります。」

実際、新たな証拠は、地球に近い場所から来た別の種類の宇宙岩石の存在を強調している。

地元の岩

エンスタタイトコンドライトは、地球の元の構成要素と似た組成を持つ隕石です。太陽系内部、つまり小惑星帯の地球側で形成されたため、天文学者はこれを「非炭素質」と分類しています。遠方の同種の隕石ほど水分は多くありませんが、かなりの威力を発揮する可能性があります。2020年にサイエンス誌に掲載された論文では、過去の天体物理学モデルではエンスタタイトコンドライトに含まれる水素の量が大幅に過小評価されており、「地球周辺の岩石は乾燥しているという古い考え」が否定されたと結論付けられているとレイモンド氏は言います。さらに素晴らしいことに、エンスタタイトコンドライトのDH比も有望です。

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レイモンド氏がこの夏、ノーチラス誌に書いたように、最近の一連の研究で、地球上の窒素やその他の揮発性元素がエンスタタイトコンドライトと関連づけられている。同氏はまた、火星の亜鉛の分析結果も取り上げ、太陽系内部の残骸が火星に亜鉛を運んだことを示唆している。これらの隕石に亜鉛が含まれていたとすれば、おそらく他の揮発性物質、具体的には水も運んでいただろう。火星にはかつて液体の水があり、氷冠の下に今もその水が潜んでいる可能性がある。

宇宙の岩石が火星に水をもたらしたのなら、他の場所にももたらした可能性はあるだろうか？「ここで学んだことは、火星で何が期待できるかを理解するのに役立つだけでなく、水と有機分子が他の恒星の周りの惑星に運ばれ、生命の形成につながる環境がもたらされる可能性についても役立つかもしれません」とカンピンズ氏は言う。

これらの証拠をまとめると、湿った地元の岩石がたくさん含まれ、さらに遠くの氷の球がいくつか含まれていたという説が浮かび上がる。水素、窒素、亜鉛の同位体は「すべて地球が湿っていたという同じ物語を語っている」とレイモンド氏は言う。これまで見過ごされてきた非炭素質隕石が地球の水の約70パーセントを供給し、ごく少量の炭素質隕石が広大な青い表面を彩っていたとみられる。