山賀 進 (2022) なぜ地球は人間が住める星になったのか?

  • 山賀 進, 2022: なぜ地球は人間が住める星になったのか? (ちくまプリマー新書 396)。筑摩書房, 267 pp. ISBN 978-4-480-68422-6.

2022年3月の新刊。新書判 縦書き。ひとまず 5月15日に (折りかえしのあとに) くわしい目次を出した。

[ここから 2022-05-29 追記]

本書の表題と同じような主題について、一般むけの読みものとして書かれた本としては、阿部 (2015), 佐々木 (2021) のものがある。阿部 豊 さん (故人) や 佐々木 貴教 さんは惑星形成論の研究者であり、この主題について研究してきたことを書いたのだ。ただし主題の問いは「液体の水が存在しつづける条件」におきかえられている。

他方、本書の著者は、ながらく高校の地学の教員をしてきた人だ。地学の入門書をいくつも出している (わたしが知っているのは下にあげた3つ)。また、個人ウェブサイト https://www.s-yamaga.jp/ のうちの「われわれは何者か -宇宙・地球・人類-」というページ群で、地学 (宇宙と地球の科学) の教材を提供している。

本書は、表題の問いに重点はあるが、それに関連して出てくる、宇宙の膨張、恒星の一生と元素の合成、マントル対流、生命の起源、光合成生物の進化と大気中の酸素増加、など、宇宙・地球の科学のいろいろな主題の入門解説をふくんでいる。

気候に関する話題としては、第7章の最後の節で、まずフィードバックのあるシステムを説明している。その題材はおもに二酸化炭素などの物質の循環で、生物の活動、さらに人間の活動によってどう変わったかも定性的に論じている。それから温室効果を図 7-7 で説明している。基本はエネルギー収支だが、「温室効果ガスは赤外線に対して不透明 … 地球からの放射は出さない … 熱がこもる …」というおおざっぱな表現だ。

第8章の「スノーボールアース」の節では、基本的にエネルギー収支がつりあった状態が実現すると想定したうえで、地球には、全球凍結 (snowball earth) の状態、現在ぐらいの氷床がある状態、氷のない状態の 3つの安定状態があるという考えをのべている。図8-5 は一般的な定常解の安定性の模式図で、谷底が安定、山は不安定なのだ。図8-4 は一見それと似た図だが意味がちがい、横軸に温度、縦軸に地球が外に出すエネルギーをとって曲線をえがき、地球が吸収する太陽放射を横線であたえている。曲線と横線の交点が定常解となるが、曲線が右下がりのところの解は不安定だ。(図8-6は図8-4の解の構造をぬきだした図だ。) 現状は曲線が右上がりのところにある安定解だが、その近くに山頂があって、さらに温度があがると不安定解をとびこえて高温の山にうつってしまう。本書では「熱暴走」と表現しているが、わたしは「暴走温室」とよぶしくみだ ([別ブログ記事「暴走温室効果」(2012-05-12)])。曲線が右下がりになるかもしれないしくみとして、著者は、温度が高いほど海の水が水蒸気となって大気に加わることのほか、石灰岩が分解して二酸化炭素が大気に加わる可能性を想定している。ただし、図8-4は暴走温室の説明にはなるが、全球凍結のしくみの説明になるかは疑問だ。氷の有無は横線のレベルを変えることによって表現されており、それによって曲線との交点の位置は移動し、ばあいによっては交点の数がかわるけれども、全球凍結と現状に近い状態の一方が安定で他方が不安定といった状況は出てこない。地球が吸収する太陽放射も温度に応じて変わるとして曲線で表現する必要があるだろう。

本書の暴走温室の議論は、島津 (1971) の本にあったものと同じだと思う。著者は名古屋大学の地球科学科の卒業生で、島津教授の指導を受けたことがある。1967年に暴走温室の条件を論じた論文を出した駒林 誠さんも名古屋大学にいたので、島津さんは駒林さんの影響を受けただろうと思う。しかし駒林さんの論文が水蒸気大気の物性を考慮した定量的計算であるのに対して、島津さんの本や本書の議論はもっと抽象化された概念モデルだ。

そのほか大気・海洋の物理については、海洋の深層循環の模式図 (そう明示していないが、ブロッカーのベルトコンベヤーの模式) があるが、それが出てくる文脈は、この循環が止まると深層が無酸素状態になるだろうという、物質循環や生態の話題である。

【わたしがすこしまえに大学の授業の大気の循環に関するレポート課題を出したら、解答のうちに山賀先生のサイトを参照したものがあって、それはわたしの問いへの答えとしてはあまりうまくなかった。それで山賀先生のサイトの大気の循環のところを見ると、その内容は、まちがいとはいえないものの、1970年代の気象学の教科書にあったような概念をつかっていた。山賀先生の気象の分野の知識は教員になったばかりのころからあまり更新されていないのかもしれない。本書のおもな話題の分野の知識は更新されているだろう。】

文献

  • 阿部 豊, 2015, 文庫 2018: 生命の星の条件を探る。文藝春秋。[読書メモ]
  • 佐々木 貴教, 2021: 地球以外に生命を宿す天体はあるのだろうか? (岩波ジュニアスタートブックス)。岩波書店。[読書メモ (2022-06-01)]
  • 島津 康男, 1971: 地球の物理 (基礎物理学選書 11)。裳華房。
  • 山賀 進, 2010: 一冊で読む 地球の歴史としくみ。ベレ出版。[読書メモ]
  • 山賀 進, 2011: 地球について、まだわかっていないこと。ベレ出版。
  • 山賀 進, 2016: 科学の目で見る 日本列島の地震・津波・噴火の歴史。ベレ出版。

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。

== 目次 ==
[口絵]
目次
まえがき
第1章 生命って何だろう
– – 基本単位は細胞
– – 膜があって、内側を一定な状態に保っている
– – 生物は増殖する
– – 地球の表面に住んでいる
– – 生物は進化する
– – ウイルスは生物か?
第2章 宇宙の始まり ビッグバン
– 1. 宇宙はどこから始まったか
– – ビッグバン
– – 宇宙は膨張している
– 2. 宇宙はどんな物質からできているか
– – 素粒子から水素、ヘリウムへ
– – ヘリウムよりも質量が大きい原子の合成
– – 鉄よりも質量が大きな元素の合成
– – 恒星はどのように進化するか
– – 星団と銀河、そして宇宙の構造
第3章 太陽は特別な星じゃない
– – 恒星の明るさ
– – 星までの距離はどうやって測るのか
– – 絶対等級と距離
– – 星の色はなぜ違う?
– – 恒星の性質と進化を示す HR図
– – 星の質量
– – 星までの距離
– – 太陽はふつうの星
第4章 とうとう地球ができた
– – 原始太陽系星雲
– – 地球の誕生
第5章 地球はなぜ人が住める星になったか
– – 大気と海の起源
– – 水が地球を覆う
– – 海水の組成の歴史
– – 冷えていく地球と大陸の形成
– – マントルの運動
– – 地磁気というバリア
第6章 生命の誕生は今でも謎だ
– – 最古の生物の証拠を探す
– – 生物の進化から推定する
– – 科学的実験による推定で起源を探る
– – 生命発生のシナリオ
– – 生命の起源は単一か
第7章 生命が地球を変えてきた
– – 酸素は生物が作った
– – 酸素を消費する動物の誕生
– – 地球はシームレスで安定なシステム
第8章 地球は何度も天変地異に襲われた
– – 隕石の重爆撃
– – 磁場の逆転
– – スノーボールアース
– – 火山の超巨大噴火
– – 巨大隕石の衝突
– – 大陸の離合集散
– – 太陽系の最後
第9章 環境の危機が生物の大進化を招く
– – 真核生物への進化
– – 多細胞生物
– – 性の起源
– – 最初の脊椎動物
– – 植物の進化
– – 脊椎動物の進化
– – 人類の進化と世界への拡散
第10章 宇宙に生物はいるか、そして出会えるか
– – 宇宙に生物はいるか
– – 宇宙人と出会えるか
– – 宇宙人へのメッセージ
あとがき
参考図書

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