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生命上陸・地磁気・オゾン層



     ……単なる科学的所見ではあるが、生命上陸にも遥かなる道筋があった。

■0■地球の誕生は46億年前で、原始大気が形成された。40億年前に海中で生命が誕生した。27億年前には地磁気が発生し、磁気圏が形成された。10億年前には浅海に藻などが進出して酸素放出が開始される。5億年前にはカンブリア爆発と呼ばれる生命体の多様化が起こり、4億年前にはオゾン層が形成された。

■1■生物は海底火山の周辺で自然に合成された有機物を利用して、さしたる進化もなく細々と命をつないでいたが、32億年前、地球上に光合成細菌シアノバクテリア(1)が出現した。このシアノバクテリアは光合成を行って有機物を合成するのに水素を必要とするため,水を分解し廃棄物として酸素を放出した。

■2■27億年前、鉄やニッケルでできた地球の核がゆるやかに流動し磁気を作り出すようになった。結果として地球が1つの磁石であるかのように,地球を磁気のバリア(ヴァン・アレン帯)が包むようになった。この強い磁場に囲まれ、地球は生命に有害な荷電粒子(主に陽子・電子)から守られるようになった。

■3■ヴァン・アレン帯は地球を2層構造で360度トーラス状に取り巻いている。最も層が厚いのは赤道付近で、極軸付近は極めて薄い。内帯は赤道上高度2〜5千kmに位置する比較的小さな帯で陽子が多い。外帯は1〜2万kmに位置する大きな帯で電子が多い。電子は太陽が起源、陽子は宇宙線が起源とされている。

■4■まだ致命的な紫外線は地表まで到達していたが,今まで強烈な太陽光を避けて深海の暗黒の世界にいた生物が、紫外線の届かない海面近くまだ進出し、太陽エネルギーを利用して光合成をするようになった。地球磁気圏の誕生と光合成生物の浅海への進出は地球の歴史として最も重要な出来事の1つである。

■5■紫外線は生命情報であるDNAを破壊してしまうので、陸の上は長いこと生物の全く存在しないところだった。現在よりずっと多かった初期の大気には、現在の何十万倍もの量の二酸化炭素が含まれていたが、その中に酸素は全く存在しなかった。最初に酸素が大気中に放出されたのは、約20億年前である。

■6■35億年前にラン藻植物による光合成が始まって以来、それまで産出された酸素はすべて海中の鉄イオンと結合して酸化鉄になり、鉄鉱石として海底に蓄積され続けていた。この鉄イオンは地球が形成される材料となった隕石に含まれていたものであり、次々に放出れる酸素により、やがて使い切られてしまう。

■7■約20億年前、海中で飽和状態に達した酸素は空中へ放出されるようになった。この酸素は大気の上層部、高度約20〜50kmの領域でオゾンとなり、オゾン層として地球全体を覆った。オゾン層は紫外線を吸収する働きを持つので、地上でも生物が安全に生活できる環境が整った。約4億年前の出来事である。

■8■ただし初期はまだ酸素濃度が薄いため、酸素を光解離させる紫外線は地上近くまで届いていた。したがって先ず最初に高濃度のオゾン層が存在したのは、成層圏ではなく地上付近だった。そして酸素濃度が上がると共に、紫外線の到達できる限界高度が高くなり、これに伴いオゾン層も上空へと移っていった。

■9■生物の上陸が開始すると、それまでむき出しのはげ山状態だった陸地にやがて古代の森林が形成され、陸地の景観は大きく変化していくことになる。5億4千万〜5億3千万年前のカンブリア爆発や、4億年前の両生類の誕生と陸上進出に関しても、殺人的紫外線を低減するオゾン層との関係が考えられる(2)。

■10■約5億7500万年前から始まる古生代のカンブリア紀になると、生物は爆発的多様化を開始する。現在の動物の体の基礎構造ができあがったのもこの頃である。この多様化の中で初期の無脊椎動物から魚が出現した。さらに1億年後には生物が陸上へ進出し、やがて陸上で様々な進化を展開しゆくことになる。

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1)このシアノバクテリアが最初の酸素発生型光合成生物かどうかは議論の分かれるが、確かなストロマトライトの化石は27億年前のものである。
2)ただしオゾン層とカンブリア爆発の関連性はまだ完全には未証明。












 

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