地球は何歳ですか？これは答えるのが驚くほど難しい質問です。

地球は何歳か？これは答えるのが簡単な質問のように思えるかもしれない。一般的な概算では、地球の年齢は約 45 億歳である。しかし、惑星科学者が詳しく調べれば調べるほど、その話は曖昧になる。地球の形成に関する微妙な違いによって、地球の年齢は 5 億年ほど変わる可能性がある。

「年齢について話すのは簡単だが、詳しく調べれば調べるほど複雑になる」とヒューストン大学地球大気科学学部長のトーマス・レイペン地質学教授は言う。科学者たちは地球の年齢をより正確に測定しようと努める中で、地球がどのようにして誕生したのかという詳細に取り組まなければならなかった。

「人が生まれるのは一瞬の出来事です」とラペン氏は説明する。しかし、惑星の形成には長い時間、つまり何百万年もかかる。地球の年齢を特定するには、天体物理学者、惑星科学者、地質学者が、その過程のどの時点が地球の誕生と考えられるかを判断する必要がある。

地球はいつ「誕生」したのでしょうか?

約 46 億年前、ガスと塵が新しく形成された太陽の周りを旋回していました。太陽系の最初の数百万年の間に、粒子が衝突して融合し、小惑星や惑星の種になりました。これらの宇宙の岩石は互いに衝突し続け、一部はどんどん大きくなり、現在私たちが目にする太陽系を形成しました。

しかし、惑星は単なる大きな岩石の塊ではない。これらの天体は物質を蓄積するにつれて、核、マントル、地殻の層に分化する（少なくとも地球や他の地球型惑星の場合）。集積と分化には時間がかかり、おそらく数千万年かかるだろう。地球形成のその段階の時点が地球の誕生だと考える人もいるかもしれない。しかし、ラペン氏は、それを地球の受胎と考えており、誕生はその後、大変動によって月も形成されたときに起こったと考えている。

広く受け入れられている巨大衝突説によれば、太陽系が誕生した初期の混乱期に、原始地球は火星ほどの大きさの別の小天体と衝突した。この2つの天体が激突したとき、破片が合体して地球の周りを回る月ができた。

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この衝突は、惑星を構成する物質を本質的に「リセット」したと考えられているとラペン氏は言う。当時、厚いマグマの海が原始地球を覆っていた可能性がある。この強力な衝突により、両方の天体の物質が混ざり合い、現在知られている惑星と月のシステムを形成した。このような「リセット」の証拠は、同じ形態の酸素を含む地球と月の岩石の両方から得られるとラペン氏は説明する。

「原始地球は、おそらく破壊されたか、組成が変化した」とラペン氏は言う。「私の考えでは、月が形成されるまでの地球は、私たちが知っている地球ではなかったのです。」

もしこの出来事が地球の誕生を意味するのであれば、地球の年齢は44億年から45億2000万年の間ということになる。しかし、地球の年齢をより正確に判定するには、古代の証拠を精査する必要がある。

地球の年齢に数字を割り当てる

昔の犯罪の手がかりを探す探偵のように、惑星科学者は地球の初期の歴史を解明するために、現在残っている証拠を調べる必要がある。しかし、その時代に起こったあらゆる混乱、つまり渦巻くマグマの海や激しい地質学的変化を考えると、証拠を見つけるのは難しいかもしれない。

地球の年齢を制限する方法の 1 つは、マグマの海が固まって固体の表面に形成された直後に形成された地球最古の岩石を探すことだと、ラペン氏は説明する。その年代を求める科学者たちは、西オーストラリアのジャック ヒルズで発見されたジルコンに注目している。これは地球最古の鉱物として知られている。

これらの結晶の年代を決定するために、科学者チームは、含まれるウランを測定する放射年代測定法という技術を使用しました。この放射性元素は既知の速度で鉛に崩壊するため、科学者はサンプル内のウランと鉛の比率に基づいて鉱物の年代を計算できます。この方法により、ジルコンの年代はおよそ 44 億年前であることが明らかになりました。

これらの岩石は、地球と月のシステムが44億年前より前に形成されたことを示唆している。なぜなら、岩石の記録は「月の形成イベントによって消去される」からだとラペン氏は言う。つまり、地球の年齢は44億年より若いわけではない。しかし、それよりどれくらい古いのだろうか？その答えを見つけるために、科学者たちは月を含む他のものに目を向けるとラペン氏は言う。

月は地球の大陸を溶かして再配置するプレートテクトニクスのような現象を起こさないため、地球の衛星天体の岩石は地球上の岩石よりもよく保存されている。これらの手がかりの主な源は2つある。地球に落下する月の隕石と、NASAのアポロ計画中に月から直接採取されたサンプルだ。

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原始地球と同様に、若い月もマグマの海に覆われていた。月の表面から採取された最古の岩石は、月の地殻がいつ形成されたかを示している。科学者たちは、アポロ14号のミッション中に収集されたジルコンの破片の放射年代測定を行い、宇宙線被曝の計算を修正し、月の地殻が約45億1000万年前に硬化したことを突き止めた。

ラペン氏は、衝突から天体の合体、冷却、分化までの間には一定の期間があったはずなので、この日付にも約5000万年の不確定な部分があると述べている。

「正確な年代を特定するのは非常に難しい」と同氏は言う。ラペン氏は地球・月系が45億1000万年前から45億2000万年前の間に形成されたと推定しているが、科学者の中には計算が5000万年ほどずれている可能性があると言う者もいる。

その時間の範囲を限定する別の方法は、原始地球が形成されていた時代に存在していた岩石を調べることだ。若い太陽の周りの破片から惑星が固まったとき、その物質のすべてが今日私たちが目にする世界とその衛星に融合したわけではない。一部は小惑星や彗星の中に保存されたままだった。

太陽系のタイムカプセルは、地球の表面に落下する隕石として現れることもあります。ラペン氏によると、このような宇宙岩石として知られている最古のものは、隕石エルグ・チェフ 002 です。これは、太陽系初期の原始的な原始惑星の火成岩の破片であると考えられています。したがって、エルグ・チェフ 002 隕石の年代測定は、原始地球がおそらくその構想の同様の段階にあった時代のスナップショットを提供します。

「『地球の誕生』が、集積によって最終的に成長し、現在の地球を形成した最初の原始地球核または原始惑星の形成時と定義されるならば、それはおそらく[エルグ・チェフ002]の時代と同じくらい昔だったでしょう」とラペン氏は言う。科学者たちは、この火成地殻の塊が約45億6500万年前に結晶化したと計算した。

地球の年齢を精査することはできるのでしょうか?

人間にとって、地球と月のシステムが形成された時期について5000万年という不確実性は、非常に大きく不正確に聞こえる。しかし、惑星規模と地質学的時間で考えると、「特に数十億年前に起こったことに関しては、それは良い推定値です」とラペン氏は言う。

「過去を振り返ると、記録に空白があるため、正確さが失われることが多い。比較的短い期間だが、衝突があり、すべてが融合し、冷えて、核、マントル、地殻を持つ頑丈な岩石体へと分化するなど、多くのことが起きていた」と同氏は言う。

しかし、科学者たちの研究はまだ終わっていない。研究者が月、隕石、小惑星から追加のサンプルを採取するにつれて、地球の年齢をより正確かつ精密に測定する機会は常にあるとラペン氏は言う。

例えば、中国の嫦娥5号の月探査ミッションで採取された岩石は、現在も研究が続けられている。NASAのアルテミス計画も、月の岩石を収集する計画だ。また、NASAのキュレーションチームは、アポロ計画からさらに多くの資料を研究用に提供しており、研究者に新しい技術で古い月の岩石を研究する機会を提供しているとラペン氏は付け加えた。

これらの新たな取り組みによって、これまで研究されたよりも早い時期に結晶化した月の表面の部分から月のサンプルが発見されれば、地球と月が誕生した時期の推定をさらに限定できる可能性があると彼は言う。

このストーリーは更新されました。元々は 2023 年 1 月 22 日に公開されました。