東京大学 地球惑星システム科学講座 (2004) 進化する地球惑星システム

  • 東京大学 地球惑星システム科学講座 編, 2004: 進化する地球惑星システム。東京大学出版会, 236+8 pp. ISBN 4-13-063703-7。

2004年5月に出た本。出版直後に出版会からお贈りいただいたのだった。それから、阿部豊さんによる第3章はたしかに読んだのだが、全体を通して読んでいなかった。阿部さんの『生命の星の条件を探る[読書メモ]を読みながら、基本的に同じ話題(もちろん話題の展開にちがいはある)を本書で読んだのを思い出した。この本は今年わたしが授業を担当している大学の図書館にもあり、受講者に勧める本に含めたほうがよいと思ったので、全体にざっと目をとおして紹介することにした。

地球を含む惑星の科学に関する入門書のひとつである。ただし、この分野をはじめて学ぶ人にはむずかしいだろう。さきに高校の地学の範囲をだいたいカバーした概説書を読んでからがよいと思う。そういう概説書はたいてい、複数の人がそれぞれ自分の専門を書いていて、読者は全体像がつかみにくいという不満を感じるだろう。本書はそういう不満を少し減らしてくれるかもしれない。

本書ができた背景には大学の教育・研究組織の再編成があった。東京大学では、2000年に、理学系研究科(理学部に対応する大学院)の地球物理学、地質学、鉱物学、地理学の専攻を統合して「地球惑星科学専攻」とした。その内わけの組織は5つの(大)講座とした。「地球惑星システム科学講座」はそのひとつなのだ。ほかの大講座は、大気海洋科学、宇宙惑星科学、固体地球科学、地球生命圏科学で、研究の対象によってわかれている。地球科学の中の専門分化したdisciplineをそれぞれいくつか たばねたものと言えるだろう。「地球惑星システム科学」は、対象の面でもdisciplineの面でも横断的であり、ほかの大学の類似の組織と同様な内容とは言いきれず、そこに集まった教員たちがそれが何であるのかを示していく必要があるのだ。本書は2004年現在のその講座のメンバーによる展望だ。その後、亡くなった人、退職した人、転出した人もあり、新しい人が参加しているから、今のその講座が同じ態度をひきついでいるかどうかはわからない。

【わたしは1992年に東大を離れたのだが、もし残っていたらこの講座に参加していただろうと思う。】

本書まえがきにもあるように、「地球システム科学」は、NASAの諮問委員会が1986年・1988年に出した報告書以来、よく使われることばになった。(それが出たNASAの側の事情については、Oreskes & Krige (2014)の本[読書メモ]で読んだ。) 有名になったその報告書の図[わたしの教材用ページ]で代表されるように、「地球システム」として扱われる対象は人間環境問題にかかわる地球表層であることが多い。

それに対して、本書の地球惑星システム科学は、地球や惑星の内部(コア=中心核)から外側(磁気圏など)まで、また、太陽系や地球の歴史全体も含めたあらゆる時間スケールを扱おうとする。

そういう科学の体系ができあがったわけではない。本書の内わけも、メンバーのそれぞれの研究対象の紹介が大部分をしめていて、それぞれに少しずつ「システム」への言及があるものの、「システム」の意味は必ずしも同じではないと思う。

しかし、編集の中心となった、茅根 創[かやね はじめ]さん、田近 英一さん、阿部さんによる、本書最後の第12章で、少なくともこの3人が「システム」をどういう意味で考えているかは示されている。要約するのがむずかしいが、その章のうちの節の表題をあげておく。「システム構成要素とその時間スケール」「要素間の相互作用とその原動力」「フィードバックとシステムの安定・不安定」「システムの変動と進化」。ただし、本書全体の題名にもある地球・惑星の「進化」は、Darwin型の突然変異・自然選択による進化ではないことに注意が必要だと思う。第12章の本文から読み取れる限りでは、この「進化」はほぼ「分化」あるいは「多様性が増す」ことと同じらしい。

各論のそれぞれの章について簡単に紹介する。

第2章「太陽系の原物質とその進化」(永原 裕子[ひろこ])。太陽系の形成の理論を検証するおもな証拠は、隕石の元素組成・同位体組成やその岩石物質の形状だ。

第3章「地球惑星システムの誕生」(阿部 豊)。地球には液体の水の海があるが、これが可能になったのは、地球形成時に水物質がどのように取りこまれたのか。また、水が液体であるような温度条件はどのようなものか。

第4章「冷却する地球の進化」(栗田 敬[けい])。地球は、低温の物質が集積して形成する過程で高温になり、それからゆっくり冷却してきたと考えられている。今も地球内部には放射性核種の崩壊による熱源があり、外界との温度差によってマントルの対流が生じている。火成活動のホットスポットと呼ばれるものの原因は未解明だが、マントル対流のプルームとして解釈できるかもしれない。

第5章「スノーボールアース — 凍りついた地球」(田近 英一)。地球表層の水の大部分が凍っていた時代があったらしい。(今では「全球凍結」という表現がふつうだと思うが、本書が書かれたころ専門家たちは日本語のなかでも英語のsnowball earthという表現を使っていた。) 凍結状態のあとは急激に暑い気候に移ったらしい。そのしくみを考えるうえでは岩石圏・大気・海洋にわたる炭素循環のシステムが重要であり、それに関する証拠は石灰岩などに残されている。

第6章「カンブリア紀における生物の爆発的進化の謎」(Joseph Kirschvink [ジョセフ カーシュビンク])。地球の歴史のなかで、カンブリア紀以後が「顕生代」とされる。それ以後に生物の化石がよく残っているのだ。カンブリア紀に、多細胞の生物、硬い骨格をもった生物の進化が爆発的に進んだ。そのきっかけとして、全球凍結も重要だっただろう。著者はもうひとつ、地球の自転軸が動いたという仮説を提唱する。

第7章「2億年の地球のリズム」(浜野 洋三)。地磁気は逆転をくりかえしてきた。その記録が海洋底に連続的に残っているのは最近2億年ぶんだ。逆転の頻度が高い時期、低い時期がある。著者は、地磁気をつくっているコアの対流と、大陸の離合集散をおこしているマントルの対流とが、両者の境界で相互作用していると考える。

第8章「天体衝突と地球システム変動」(多田 隆治)。中生代の終わりには恐竜をはじめとする多くの生物種の絶滅が起きた。これが天体(小惑星か?)の衝突によるという説が有力になってきた。著者はキューバで地層の野外調査をし、サンプルを分析して、津波の証拠、海洋の炭素循環の変化の証拠などを示している。

第9章「アイスエイジの気候変動」(横山 祐典[ゆうすけ])。地球史のうちでは最近の約2百万年間には、氷期・間氷期サイクルがあり、その原因は地球の軌道要素変化で説明された部分もあるが、10万年周期の説明はむずかしい。氷期中や氷期の終わりにはもっと急激な気候変化もあり、海洋の深層循環が主役だと考えられている。

第10章「地球の水とアジアモンスーン」(松本 淳[じゅん])。これは現在の気候の話題。雨は人間社会にめぐみをもたらすがその変動は災害ももたらす。それは大気・水圏全体の水循環システムの一部でもある。地球上の水循環は大まかには緯度帯に対応して分布する。しかし、同じ熱帯・亜熱帯のうちでも、アジアからインド洋にかけては季節によって風向が逆転するモンスーンが発達しているという特徴がある。

第11章「地球温暖化に対する生命圏の応答」(茅根 創)。サンゴの「白化」とは、サンゴに共生する藻類が死滅することで、サンゴの死滅につながる。最近、温度上昇によって白化がふえている。サンゴ礁は炭素循環にもかかわっており、温度、二酸化炭素、サンゴ礁の状態のあいだには複雑なフィードバックがある。生物は進化によって環境変化に適応することがある。サンゴに共生する藻類が高温に強い遺伝型のものに入れかわっていることはその例と考えられる。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

== 目次 ==
まえがき
目次
1. 地球惑星システム科学とは何か /阿部 豊、田近 英一、茅根 創
– 1. これまでの地球惑星科学
– 2. 分化した地球惑星科学の限界
– 3. システム的な見方の必要性
2. 太陽系の原物質とその進化 /永原 裕子
– 1. 惑星系の発見と生命
– 2. 星の形成
– 3. 元素合成
– 4. 宇宙における固体物質の起源と進化
– 5. 隕石に残された原始太陽系の進化の記録
– 6. 原始太陽系円盤の不均質
– 7. 太陽系の原材料
3. 地球惑星システムの誕生 /阿部 豊
– 1. 星くずたち — 微惑星
– 2. 原始惑星の形成
– 3. 巨大衝突
– 4. 水の取り込み
– 5. 水が地球に保持されること
– 6. 液体の水になること
– 7. その後の地球環境
– 8. 地球と金星・火星
[コラム] 太陽系と地球のたどった歴史 /橘 省吾
4. 冷却する地球の進化 /栗田 敬
– 1. 熱機関としての地球
– 2. 地球内部のエネルギー源
– 3. 熱の輸送
– 4. 地震波速度構造と対流の構造
– 5. ホットスポット
– 6. 大陸の分裂過程とプルームの活動
[コラム] プレートテクトニクス /阿部 豊
5. スノーボールアース–凍りついた地球 /田近 英一
– 1. 地球環境システムの安定性
– 2. 原生代後期氷河期の謎
– 3. スノーボールアース仮説の誕生
– 4. スノーボールアース現象
– 5. スノーボールアースと生命進化
– 6. 原生代初期のスノーボールアースと大気進化
6. カンブリア紀における生物の爆発的進化の謎 /Joseph Kirschvink
– 1. スオーボールアースと多細胞動物の誕生
– 2. カンブリア紀はどんくらい続いたのか?
– 3. 生物による硬骨格の獲得
– 4. 真の極移動とは何か?
– 5. カンブリア紀の謎はどのように解けるか?
[コラム] 地球大気の進化 /田近 英一
[コラム] 地球惑星システムと同位体 /橘 省吾
7. 二億年の地球のリズム /浜野 洋三
– 1. 最近二億年の地球
– 2. 液体と固体にはさまれた二つの境界
– 3. ダイナモシミュレーション
– 4. マントル対流のシミュレーション
– 5. 変動のリズムをつくるマントル活動
8. 天体衝突と地球システム変動 /多田 隆治
– 1. 生物の大量絶滅と地球史
– 2. アルバレツ父子らの仮説
– 3. 天体衝突は本当に起こったのか?
– 4. 天体衝突は生物絶滅を引き起こしたのか?
– 5. キューバの衝突天体起源津波堆積物は何を語るのか?
– 6. 天体衝突は生物大量絶滅イベントの主要因か?
– 7. 顕生代における生物大量絶滅イベントと炭素同位体比負異常
– 8. 大量絶滅と天体衝突
9. アイスエイジの気候変動 — 氷期と間氷期の繰り返し /横山 祐典
– 1. 氷期の地球
– 2. 氷期・間氷期サイクルの始まり
– 3. 地球の軌道要素の変化とミランコビッチ仮説
– 4. 地球のサーモスタット (海洋熱塩循環)
– 5. 氷が語る過去の急激な気候変動
– 6. 熱帯域の変動
– 7. ターミネーションと海面変動
– 8. 現在の間氷期と将来の温暖化
10. 地球の水とアジアモンスーン /松本 淳
– 1. 水の国・バングラデシュ
– 2. 大気大循環と水
– 3. モンスーン循環とは
– 4. モンスーンの成立する条件
– 5. モンスーン変動
– 6. 地球システムとモンスーン
11. 地球温暖化に対する生命圏の応答 /茅根 創
– 1. サンゴ礁の白化と地球温暖化
– 2. 地球温暖化の生態系への影響
– 3. 生命圏のフィードバック
– 4. 生命圏のフィードバック予測の困難
– 5. 生命圏自身の変化
– 6. 地球システムと人間
12. 進化する地球惑星システム科学 /茅根 創、田近 英一、阿部 豊
– 1. システム的な見方とは
– 2. システム構成要素とその時間スケール
– 3. 要素間の相互作用とその原動力
– 4. フィードバックとシステムの安定・不安定
– 5. システムの変動と進化
– 6. 地球惑星システム科学の将来
地球惑星システム科学を理解するための参考書
索引
図表出典一覧
執筆者紹介・執筆分担一覧

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