私たちが住む地球には、実は「暗い歴史」があるのでしょうか？

衛星の登場以来、人々は初めて、宇宙から見ると地球は青と緑の惑星であり、青は海、緑は陸上の植物であることを知りました。それ以来、人々は地球について考えるときはいつでも、まずこの古典的なイメージを思い浮かべるようになりました。

しかし実際には、地球のイメージは永遠ではありません。植物が地球上に出現するまでの40億年以上の長い期間に、地球の様相は、まるで四川劇の変面師のように10回以上も変化しました。

45億5千万年前

地球はちょうどその時に誕生したのです。簡単に言えば、直径数千メートルの無数の小惑星が衝突し、一緒に成長したのです。衝突の際、運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、もともと岩石だった小惑星が溶けてマグマに変わります。同時に、小惑星自体が運ぶ放射性元素は小惑星の溶融により沈み始め、核に集まり始め、放射性崩壊の形で地球に熱を継続的に提供します。

当時は地球全体がマグマの塊だったので、陸と海の区別はありませんでした。当時の地球はこんな感じだったかも↓

地球は約45億5千万年前に形成されました。無数の小惑星の衝突により、地球は赤いマグマの球に変わりました。写真の輪は衝撃によってできたものです。

画像クレジット: flickr/Kevin Gill

45億年前

約45億年前、地球は誕生してすぐに冷え始めました。これは簡単に理解できます。コップ一杯のお湯を室温に置くと常温の水になり、平均気温が-270℃の宇宙では熱い地球は自然に冷えるのです。明るいマグマは冷えて暗い玄武岩に変わり、それが地表を覆い、地球を黒くしました。

もちろん、このプロセスは徐々に起こります。まず、赤い背景に小さな黒い斑点が現れ、その後、黒い斑点が大きくなり、赤い色が後退し、最終的に黒い色が地球全体をほぼ覆います。やがて、地球全体が黒い球に変わりました。

地球が徐々に冷えていくと、黒い部分が増えていき、最終的には黒い地球になります。

画像出典: wikipedia/ジャック・マッデン

この時はまだ一般的な意味での陸と海の区別はないのですが、マグマの海を海と呼ぶなら地球上の陸はこんな感じになるかもしれません↓

45 億年前の地球の様子を想像した絵。画像提供: NASA

この時期の地球では、「陸地」は完全に黒い玄武岩でできており、空は鉛灰色のケイ酸塩雲でできており、温度は数百度、あるいは数千度にも達していました。 「海」は赤い流れるマグマです。

約44億年前

地球が冷えると、地表は最終的に固まり、もともと熱かったケイ酸塩の雲は冷えてケイ酸塩の雨の形で地表に降り注ぎました（ここでのケイ酸塩の雲は、さまざまな岩石が溶けて蒸発した産物として簡単に理解できます。ケイ酸塩の雨は、溶けた砂として簡単に理解できます。それでも想像できない場合は、吹きガラスの写真を検索してください。おそらく同じ効果です）。

その後、気温が下がり続けると、雲の中の水蒸気が冷えて雨になります。

この水蒸気のほとんどはマグマから発生します。実際、岩石の成分には水が含まれています。これらは水分子、または水素イオンと水酸化物イオンの形で岩石に蓄えられています。岩石が溶けた後、マグマに混ざり、最終的に化学反応により自由水分子が形成されます。マグマが地表に露出すると、水分子は蒸気の形で大気中に蒸発します。地球上の水のほとんどはここから来ています。

この時点では、地球全体が海に囲まれ、海には多数の火山が点在していたと考えられます。これらの火山は、水面上に小さな火山島を形成したり、水中に海底火山を形成したりしました。つまり、地球の地殻、マントル、核の三層構造がまだ形成されていなかったため、プレートの活動や長い山脈は存在していませんでした。

当時の地球は、完全に海水に覆われ、海の中に小さな火山島が点在する様子だったのかもしれません。画像出典: wikipedia

島をよく見ると、多数の玄武岩の柱が見つかり、次のような景色が見られます。

玄武岩の柱。画像出典: wikipedia

有名なジャイアンツ・コーズウェイなど、地球上にはこのような風景が数多く存在します。このような石柱の景観は中国各地で見られますが、最も有名なのはおそらく福建省漳州市にある浜海火山国家地質公園でしょう。

約40億年前

この時点で、地球はすでに層状構造を形成し、プレート運動が始まっていた可能性があります（しかし、多くの科学者はそうではないと考えており、この問題は非常に議論を呼んでいます）。プレート運動の影響により、もともと地球上に形成されていた小さな散在した陸地ブロックが互いに衝突し始め、陸地は島や小さな陸地ブロックから大きな陸地に変わり、陸地に山脈が出現し始めました。

さらに、継続的な火山活動により、火山島の面積が拡大し始め、さらには1つにつながり、地球上に大小の陸地が出現しました。

しかし、この頃、太陽系内で大規模な小惑星の衝突が起こり始め、無数の小惑星が太陽系内の主要な岩石惑星に連続的に衝突しました。科学者たちはこの出来事を「後期重爆撃」と呼んだ。

激しい爆撃の期間中、地球には陸地があったにもかかわらず、地球は「穴だらけの顔」のように見えたかもしれません。

画像提供: NASA

現時点では、地球にも月、火星、金星と同様に多くのクレーターが存在する可能性があります。当時の地表は不毛で乾燥しており、そのマクロ的な景観は隕石のクレーターで占められていました。なかでも、大きな隕石クレーターは中央が窪み、周囲を隆起が取り囲んで環状の山を形成しています。

火口の中央に巨大な湖が形成され、火口から下流に流れる川も形成される可能性があります。しかし、この時点ではまだその土地は極めて荒廃しており、生命の気配はありませんでした。

クレーターの真ん中にある湖。画像提供: NASA

同時に、地表の起伏により川が出現しました。川が流れるにつれて、周囲の玄武岩の土地が洗い流され、玄武岩が砕かれて運び去られ始めました。
いくつかの長い河川では、河川の長距離輸送により、玄武岩中の多くの暗い色の鉱物が浸食されて消失し、明るい色の鉱物だけが残ります。そのため、この時期には暗い色の火成岩に加えて、明るい色の堆積岩も地表に現れ始めます。

玄武岩の柱の間を流れる現代の川は、40億年前の地球上のいたるところで見られましたが、例外なく生命は存在しませんでした。

画像出典: wikicommons

38〜35億年前

長期にわたる河川の洗掘と堆積により、この時期の表面は堆積岩で覆われ始めたと考えられます。当初の大規模な暗い色調は消え、この時点では表面全体が淡い黄色などの明るい色になっている場合があります。

陸上には今でも小さな山頂（または山脈）があり、山々の間を川が流れ、陸上のクレーターは今でも密集しています。

科学者たちは、火星に水があったらどうなるかを想像します。画像提供: NASA

現時点での最大の魅力は、最も古い生物です。

しかし、この時代の生物は海洋微生物のみであり、一部は海中に生息し、残りは微生物藻マット（下の写真の海面右側にある小さな塊）の形で海岸に集まっていました。これらの藻類マットによって形成された化石はストロマトライトと呼ばれ、現在世界中で発見されています。

海辺の風景は下の写真のように見えるかもしれませんが、色は最初の写真の黄色の色合いに似ているかもしれません。

この時の海辺の風景を想像した絵。画像出典: wikipedia

25億年前

この頃、ケノーランド（異論あり）と名付けられた最古の大陸が出現し、プレート運動が始まったことが確認され、陸上に大規模な山脈が形成され始めた。
さらに、初期の光合成生物が出現し、大気中に酸素が現れ始めました。この酸素はすぐに土地の鉄を酸化させ、土地全体を赤く染めました。

ノーラン大陸が存在するかどうか、またその形状がどのようなものであるかについては、いまだに大きな議論が続いています。画像出典: wikipedia

これは、30億年以上前の火星がどのような様子だったかを科学者が想像したものです。当時の地球はおそらくこれと似ていたか、あるいはもう少し赤かったでしょう。なぜなら、地球には酸素が多く、鉄をより完全に酸化できたからです。

画像提供: ESO

陸上を詳しく観察すると、当時の陸上には山や川、三角州などの地形があったはずですが、土地は不毛で植生もありませんでした。

当時の地球の地形の詳細は現在の火星のものと似ているはずで、火星には当時の地球の影が残っています。

この画像はNASAのアーティストが想像した水のある火星です。宇宙から見ると、当時の地球はこれに似ていたかもしれませんが、地球はもう少し赤みがかっていたかもしれません。画像提供: NASA

当時、地球上には巨大な川によって形成された景観であるグランドキャニオンも存在していました。画像提供: NASA

科学者たちは火星の川と三角州を再現した。デルタには明らかな隕石クレーターもあります。当時、地球上の陸地も隕石のクレーターで覆われていました。画像提供: NASA

水のない内陸の山々。画像提供: NASA

山のふもとの砂漠。画像提供: NASA

約24億年前

海中のプランクトンが大量に増殖したため、植物の光合成によって大量の二酸化炭素が吸収され、地球が寒冷化しました。この頃、地球は大氷河期に入り、一部の科学者はこれを第一次スノーボールアース現象と呼んだ。この頃は陸も海も氷と雪に覆われていて、地球は雪玉のようで、陸も白くなっていました。

雪に覆われた地球。画像クレジット: MIKKEL JUUL JENSEN/SPL/COSMOS)

当時の陸上の氷河湖や川も同様だった可能性があります。画像提供: ESA-A.Gers

陸上の山々も、現在の南極大陸と同様に氷と雪に覆われていました。画像クレジット: Anne Fröhlich

もちろん、完全に生命が存在しないわけではありません。一部の外海では、多くの藻類が共存しているのを今でも見ることができます。海全体を青緑色の帯に染めるかもしれません。こんな感じです↓

海は青緑色の縞模様に染まっていました。画像提供: NASA

約20億年前

火山が噴火し続けると、大気中に二酸化炭素が再び蓄積され、地球は温暖化に戻り、氷河期は終わり、地球は以前の姿、つまり赤い大陸が点在する広大な青い海に戻りました。

氷河期の終焉後の地球の想像図。画像提供: NASA

約7億年前

気候が寒冷化すると、地球は再び雪玉になります。前のセクションを参照してください。

約5億年前

この頃には、植物はすでに淡水環境に適応しており、最も初期の植物でさえ陸に上がり始めていた可能性があります。しかし、一部の藍藻類が植物よりも先に陸上に到達したことは確かです。これらは特定の菌類と共存して地衣類を形成し、川や湖の沿岸の岩を覆い、色鮮やかな姿をしています。

一部の原始的な植物プランクトンが淡水環境に適応し、内陸の淡水河川や湖で増殖し始めた可能性があります。同時に、一部の地衣類も陸上に上陸した可能性があります。写真の水辺にある緑色の斑点は、これらの生物である可能性があります。画像提供: NASA

現代の岩石上の地衣類。画像出典: wikipedia

約4億5000万年前

植物が地上に降り立ち、地球は徐々に私たちがよく知る形になっていきました。

制作 |科学普及中国

著者: 地球の重力

プロデューサー｜中国科学博覧会

提出者: 中国科学院コンピュータ情報ネットワークセンター