コンピューターモデルと微小隕石は、二酸化炭素が古代の地球を覆っていたことを示唆している
アラン・ボイル著
今日、大気中の二酸化炭素の増加は懸念材料となっているが、27億年前には、太陽の光が現在よりも約20％弱かったにもかかわらず、高濃度の二酸化炭素が地球を生命が生存できるほど暖かく保っていたと考えられる。
古代の微小隕石の分析と新たなコンピュータモデリングに基づく新たな研究論文が発表され、当時の二酸化炭素濃度がどれほど高かったかを推定した。ワシントン大学の科学者らは本日、オープンアクセス誌「サイエンス・アドバンシズ」に、その可能性が最も高い濃度は70%を超えると報告した。
モデルに基づくと、地球の平均気温は華氏80度半ば（摂氏約30度）だっただろう。
これらはすべて宇宙生物学者にとって朗報です。なぜなら、このような環境は、科学者が太古代と呼ばれる時代の地球について描いているイメージとよく一致するからです。高濃度の二酸化炭素は私たち人間には居住不可能ですが、酸素濃度が上昇する以前に地球を支配していた初期の生物にとっては問題なかったでしょう。
この発見は「地球に似た太陽系外惑星とその居住可能性についての理解にも役立つ可能性がある」とワシントン大学の研究者オーウェン・レーマー氏が率いる研究チームは述べた。
レーマー氏らは、オーストラリア北西部の27億年前の石灰岩中に発見された微小な金属ビーズの化学分析から着手した。鉄分を豊富に含むこれらの粒子は、宇宙から微小隕石として地球に飛来した。大気圏を通過する際に加熱され、溶融金属の液滴となり、その後、砂粒ほどの大きさのビーズへと凝固した。
微小隕石は溶融状態にある間に大気中のガスと化学反応を起こしました。鉄の一部はウスタイトや磁鉄鉱などの酸化鉱物に変化しました。酸化の程度を分析し、大気の組成についていくつかの仮定を立てることで、科学者は当時どのガスがどれだけ存在していたかを推定することができます。
別の研究チームによる以前の研究では、微小隕石は主に酸素ガスと反応すると仮定されていましたが、その結論は初期地球の環境と大気の混合に関する他の証拠とは一致しませんでした。ウィスコンシン大学の科学者たちは、二酸化炭素が主要な酸化剤であると仮定し、異なるアプローチを採用しました。
研究チームが数値計算を行った結果、微小隕石に見られる酸化レベルは、二酸化炭素濃度の幅広い範囲、つまり6%から100%までの範囲で説明できることがわかった。しかし、金属片の一部は完全に酸化されていたため、70%を超えるレベルがデータに最も適合した。
「私たちの研究結果は、始生代の地球の大気中のCO2がおそらく豊富であったという他の測定結果やモデルが予測するものとより一致しています」とレーマー氏はGeekWireへのメールで述べた。
言うまでもなく、今日ではそれほど高い濃度は見られません（ありがたいことです）。地球の歴史を振り返ると、二酸化炭素濃度は数百ppm（体積比0.04%）まで低下し、現在は上昇傾向にあります。
ワシントン大学の研究者らは、二酸化炭素濃度の低下に伴い、少なくとも酸素濃度が顕著になるまでは、古代において未酸化鉄の濃度が上昇していたはずだと述べ、地球大気の進化を測る方法を提供していると指摘した。「この仮説を検証するには、さらなる微小隕石を収集・分析する必要がある」と研究者らは記している。
レーマー氏は、チームの研究結果が今後数年間の太陽系外惑星の大気の研究に影響を与える可能性があると述べた。
「居住可能な太陽系外惑星を探す際には、CO2に富む惑星を候補として検討することが間違いなく重要です」と彼はGeekWireに語った。「そのような惑星は、初期の地球に似ている可能性があります。残念ながら、CO2は生命が存在しない居住不可能な惑星にも存在する可能性があります（火星と金星はどちらも大気の大部分がCO2です）。そのため、太陽系外惑星の発見には、大気中のCO2の測定値を解釈するための背景情報が必要になります。」
『サイエンス・アドバンス』誌に掲載された論文「微小隕石の酸化から推定した27億年前の大気中のCO2濃度」の著者には、レーマー氏のほか、デイビッド・キャトリング氏、ロジャー・ビュイック氏、ドン・ブラウンリー氏、サラ・ニューポート氏などがいる。
