地球の歴史①累代・地質年代・太陽系の形成

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地球の歴史

地球の歴史とは、地球の形成から今日までの地球の発展に関するものである。自然科学のほぼすべての分野が、絶え間ない地質学的変化と生物学的進化を特徴とする地球の過去の主な出来事の理解に貢献している。

地球の誕生から現在に至るまでの大きな時間を、国際条約で定められた地質年代（GTS）で表し、その区分は地球史の決定的な出来事を記録している(図中のMaは「100万年前」を意味する）。地球は、宇宙年齢の約3分の1にあたる45億4000万年前に、太陽系星雲からの降着によって誕生した。火山の噴出物が原始大気と海を作ったと思われるが、原始大気には酸素がほとんど含まれていなかった。地球の大部分は、他の天体と頻繁に衝突していたために溶融しており、極端な火山活動が行われていた。地球が最も初期の段階（アーリー・アース）にあったとき、「テイア」という惑星サイズの天体との巨大な衝突により、月が形成されたと考えられている。その後、地球は冷却され、固体の地殻が形成され、地表には液体の水が存在するようになった。

冥王代は、生命の確実な記録（化石）が残る前の時代で、地球の形成から始まり、40億年前に終わった。続く太古代と原生代では、地球上に生命が誕生し、その初期の進化を遂げた。その次の時代は顕生代で、節足動物や魚類が生息し、陸地に生命が誕生した古生代、非鳥類の恐竜が台頭、君臨し、気候的に絶滅した中生代、そして哺乳類が誕生した新生代の3つの時代に分けられる。人類が誕生したのはせいぜい200万年前であり、地質学的には非常に小さい期間である。

議論の余地のない最古の地球上の生命の証拠は、少なくとも35億年前の始生代にある。この太古代は、それ以前の溶融した冥王代に続いて地殻が固まり始めた時期である。西オーストラリアで発見された34.8億年前の砂岩には、ストロマトライトのような微生物マットの化石がある。また、グリーンランド南西部で発見された37億年前の隕石に含まれるグラファイトや、西オーストラリアで発見された41億年前の岩石に含まれる「生物の遺骸」なども、生物起源の物質であることを示す初期の物理的証拠であると考えられる。研究者の一人は、「もし地球上で比較的早く生命が誕生したのであれば、それは宇宙でもよく見られることかもしれない」と述べている。

光合成生物は32億年前から24億年前の間に現れ、大気中の酸素を豊かにし始めた。その後、約5億8千万年前までは、ほとんどの生命は小さなミクロの世界にとどまっていましたが、複雑な多細胞生物が誕生し、時間をかけて発展し、約5億4100万年前のカンブリア爆発で頂点に達した。この急激な生物の多様化により、現在知られているほとんどの主要な系統が生まれ、古生代のカンブリア紀から原生代に分かれた。地球上に生息していた全生物種の99％、50億種以上が絶滅したと推定されている。現在の地球上の種の数は1,000万から1,400万と推定されており、そのうち約120万の種が記録されているが、86％以上は記述されていない。しかし、最近では、地球上には1兆種の生物が生息しており、そのうち1000分の1しか記述されていないとも言われている。

地球の地殻は形成されてから常に変化しており、生命も出現してから常に変化している。刻々と変化する物理的環境の中で、種は新たな姿になったり、娘の種に分かれたり、絶滅したりして進化し続けている。プレートテクトニクスのプロセスは、地球の大陸と海、そしてそこに生息する生物を形成し続けている。

累代 eon

地球年代学では、時間の単位は一般的にmya（100万年前 million years ago）で、1単位は約100万年前の期間を表す。地球の歴史は、惑星が形成された4,540年前から始まる4つの大きな累代 eon に分けられる。それぞれの時代では、地球の組成、気候、生物などが最も大きく変化した。それぞれの累代は次いで代 era、紀 period、更に世 epoch に分けられる。

冥王代 Hadean（45億4000万年前 - 40億年前）

地球は、太陽原始惑星系円盤周辺の破片から形成されている。生命は存在しない。気温は非常に高く、火山活動が頻繁に行われ、地獄のような環境である（故に累代の名前はハーデースに由来する）。大気は星雲状。初期の海や液体の水域の可能性がある。この頃、原始惑星が地球に衝突して、月が形成される。

太古代 Archean（40億年前 - 25億年前）

最初の生命体である原核生物は、この時代の一番初めに「生命の起源 abiogenesis」と呼ばれるプロセスで出現する。ウル大陸、ヴァールバラ大陸、ケノールランド大陸はこの頃に存在していた可能性がある。大気は火山性ガスと温室効果ガスで構成されている。

原生代 Proterozoic（25年前 - 5億4100万年前）

この累代の名前は、「初期の生命」を意味する。より複雑な生命体である真核生物が出現し、一部の多細胞生物も含まれる。バクテリアが酸素を生産するようになり、第3の、現在の地球の大気が形成される。植物、後に動物、そしておそらく初期の菌類がこの時期に形成される。この時代の初期と後期には、地球全体が氷点下になる「スノーボールアース（全球凍結）」と呼ばれる時期があったと考えられる。この時代には、コロンビア、ロディニア、パノティアの順に初期の大陸が存在していた可能性がある。

顕生代 Phanerozoic（5億4100万年前 - 現在）

脊椎動物を含む複雑な生物が、カンブリア爆発として知られるプロセスで地球の海を支配し始める。パンゲアが形成され、後にローラシア大陸とゴンドワナ大陸に分かれ、さらにゴンドワナ大陸が現在の大陸に分かれていくことになる。生命は徐々に陸上に進出し、環形動物、昆虫、爬虫類などの身近な植物、動物、菌類が現れ始めたため、「目に見える生命」を意味する累代の名が付けられた。いくつかの大量絶滅が起こったが、その中で非鳥類の恐竜の子孫である鳥類、そして最近では哺乳類が出現した。人間を含む現代の動物は、この累代の最も新しい段階で進化する。

地質年代

地球の歴史を年代順に整理するには、地層の分析に基づいて間隔を区切った「地質年代」を用いる。以下の5つの年表は、地質年代を表している。1つ目の年表は、地球の誕生から現在までを表しているが、これでは最近の時代のことはほとんどわからない。そのため、2つ目の年表では、最新の累代（訳注：顕生代）を拡大して表示している。同様に、3つ目の年表では最新の代（訳注：新生代）を、4つ目の年表では最新の紀（訳注：第四紀）を、5つ目の年表では最新の世（訳注：完新世）を拡大して表示している。

太陽系の形成

地球を含む太陽系の形成に関する標準的なモデルは「太陽星雲仮説」である。太陽系は、138億年前のビッグバンの直後に誕生した水素とヘリウム、そして超新星爆発で放出されたより重い元素で構成されていた。45億年前頃、星雲は収縮を始めたが、これは近くの超新星からの衝撃波によって引き起こされたものと思われる。また、衝撃波は星雲を回転させたと思われる。星雲が加速し始めると、その角運動量、重力、慣性によって、回転軸に垂直な平らな原始惑星系円盤なった。衝突による小さな摂動や他の大きなデブリの角運動量によって、星雲の中心を周回する数キロの大きさの原始惑星が形成され始めた。

角運動量の少ない星雲の中心部は急速に崩壊し、その圧縮によって加熱され、水素からヘリウムへの核融合が始まった。さらに収縮した後、Tタウリ型星（おうし座T星）が点火して太陽に進化した。一方、星雲の外側では、重力によって密度の乱れや塵の周りに物質が凝縮され、残りの原始惑星系円盤が環状に分離し始めた。暴走降着として知られるプロセスでは、連続して大きな塵とデブリの欠片が集まって惑星を形成した。地球は約45億4,000万年前（不確実性1％）にこのようにして形成され、1,000〜2,000万年でほぼ完成した。新たに形成されたTタウリ型星の太陽風は、円盤の中でまだ凝縮していない物質のほとんどを取り除き、より大きな天体へと成長させた。同じプロセスで、宇宙で新しく形成されたほとんどすべての星の周りに降着円盤が作られ、その中には惑星が生まれるものもあると考えられている。

原始地球は降着によって成長し、その内部が重い親鉄金属を溶かすのに十分な温度になった。ケイ酸塩よりも密度が高いため、これらの金属は沈んだ。この「鉄のカタストロフィー」により、地球が誕生してからわずか1000万年後に原始的なマントルと（金属性の）コアが分離し、地球の層状構造が生まれ、地球の磁場が形成された。J・A・ジェイコブスは、液体の外核とはことなる固体の中心である地球の内核は、（10億年ごとに約100℃ずつ）地球内部が徐々に冷却されることにより、外核から凍りついて成長していることを世界で初めて指摘した。

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最後に

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