地球最古の地殻、44億年前と年代特定

2014.02.25
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オーストラリアのジャックヒルズで採取されたジルコン結晶の写真。このような結晶から、地球上で大陸地殻が誕生した時期は、これまで考えられていたよりもずっと早く、太陽系形成からわずか1億6000万年ほどしか経っていない時点であったことが明らかになっている。

PHOTOGRAPH BY JOHN VALLEY. UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON
 オーストラリアに地球上で最も古い大陸地殻が存在することが確認された。これらの丘陵地帯は、44億年前もの時を経ているという。 オーストラリア西部に位置し、鉄分の多いジャックヒルズの岩石が、地球上で最も古いものなのかをめぐっては、10年以上前から地球科学者の間で議論があった。今回の研究では、はるか昔に溶岩が固まってできた岩石に含まれる小さな結晶について原子レベルの分析を行い、その結果を発見の論拠としている。

 今回の研究を主導したウィスコンシン大学マディソン校のジョン・バレー(John Valley)氏は声明の中で、「この分析結果は、地球が冷え、生物が生息可能になるまでの過程についての我々の見解を裏付けるものだ」と述べている。「さらにこれにより、生命が居住可能な地球以外の惑星の形成過程についても理解が深まるかもしれない」。

 地球そのものの年齢が45億年をやや上回るほどであることから、研究チームでは、今回の新発見が、月、および最初の大陸群の形成に関する新たな知見を提供してくれることを期待している。ジャックヒルズの岩石は、太陽系の誕生からわずか1億6000万年ほどで形成されたことになる。これは驚くほど早い時期だ。

 研究チームが分析したジルコンの結晶は、地球全体を覆った溶岩の海が冷えてできた、地球の最初期の地殻に由来している。この溶岩の海は、月が生まれるもととなった天体衝突によって発生した可能性が高い。

◆放射年代測定による計測

 これまでにもジャックヒルズが地球上で最も古い地殻であることを示唆する発見が複数あり、今回の研究は、これらの発見を検証し、その当否を確かめることが目的だった(カナダのハドソン湾地域に分布する緑色岩帯も、ここと同程度に古いと考えられている)。ジャックヒルズの年代については、2001年の研究で実施された放射年代測定により、およそ44億年を経ていることが最初に示唆されていた。

 今回の新しい研究では、研究チームはジャックヒルズの岩から採取した小さなジルコン結晶の表面を削り取り、この結晶内に捉えられた放射性の鉛について、その原子の実物を調査した。今回検証されたクラスタには、それぞれ約50個の原子が含まれていた。

 これらの原子は、溶岩が固まる際に分析対象となったジルコン結晶の中に閉じ込められたものだ。これは当初は放射性を持つウランだった物質が、崩壊を経て鉛に変化するもので、その過程を調べることでこれらの物質の年代が特定できる。

 研究チームでは次に、これらの鉛原子を調べ、これまでの放射年代測定の結果を覆すような、放射能が変化した痕跡がないか検証した。その結果、そうした跡は全く見つからなかった。

 鉛原子の直接観察による年代測定から、これらのジルコン結晶は43億7400万年前(誤差はプラスマイナス600万年)のものである可能性が高いことがわかった。

◆月の誕生時期との関連

 マサチューセッツ工科大学(MIT)のサミュエル・バウリング(Samuel Bowring)氏は、今回の研究論文に寄せた解説の中で、「この研究結果は、非常に古い年代のジルコンの一粒一粒に、豊かな歴史があることを示すものだ。我々の住む地球の、ごく初期の歴史にまで及ぶ意義がある」と述べている。

 バウリング氏はこうした意義の一例として、今回のジルコンの分析結果から、最初期の地殻を形成した大理石はわずか1億年ほどで形成されたことがわかった点を指摘する。これはこれまで知られていなかったことだ。

 さらに興味深いことに、これらの岩塊の形成時期は、地質学上の大変動が起きた年代に非常に近い。これは火星サイズの天体が初期の地球に激突したことで発生したと考えられており、この衝突により月が生まれたとされている。

 さらにバウリング氏は、「非常に手間がかかる」としながらも、今回の分析手法を次は月の石のサンプルや隕石に含まれるジルコンの検証に用いれば、さらに新たな事実がわかるかもしれないと期待をかける。「ゆえに、40億年以上の時を経た物質は、どんなものであれ非常に興味深い研究対象だ」。

 今回の研究論文は、学術誌「Nature Geoscience」のオンライン版に2月23日付で掲載された。

PHOTOGRAPH BY JOHN VALLEY, UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

文=Dan Vergano

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