H 99.9% He 地球形成：初期地球 Fe 元素の宇宙存在度 （太陽系の物質の平均組成） ・太陽大気 ・C1コンドライト ビックバン：高温状態から冷却 素粒子→核子（陽子，中性子） →原子核→原子‥H, He, Liなど 恒星内部 での核反応 超新星 爆発 （山中他, 1995） （Anders & Grevesse, 1989; 岩波講座地球惑星科学1, 1996） 隕石 • 石質隕石：ケイ酸塩鉱物主体 ◆コンドライト［未分化］ コンドリュール（ケイ酸塩鉱物の集合体からなる小球，0.5 2mm）， 難揮発性包含物（Ca, Al, Tiなど難揮発性元素に富む塊，<1cm）， 鉄硫化物，Fe-Ni マトリックス（ケイ酸塩鉱物） • 炭素質 [C]（揮発性成分-H,C,-に富む，酸化鉄） C1, C2, C3, C4 (または，CI, CM, CV, CO, CR) C1：揮発性成分に最も富む‥始源的 • 普通 [O]‥LL, L, H • エンスタタイト [E]（金属鉄，硫化鉄-還元状態） 太陽大気とC1コンドライトの 元素存在度の比較 ★揮発性成分を除き，よく一致する ◆エコンドライト［分化］ • 石鉄隕石：ケイ酸塩鉱物＋Fe-Ni‥ほぼ等量［分化］ • 鉄隕石：Fe-Ni合金［分化］ ［分化］：小天体として集積後，火成作用（融解）により元素分別を起こした。 隕石の年代 Allende隕石(C1) Pb-Pb年代 難揮発性包含物 4.559 0,004Ga マトリックス Allende隕石 難揮発性包含物 Ca-Al-rich inclusion (CAI) 高温ガスからの初期の凝縮物 (Chen & Wasserburg, 1981) 4.481-4.459 Ga 隕石の年代 隕石のPb同位体比・ Pb-Pb年代 ＋：コンドライト ▲：エコンドライト ○：鉄隕石 (Tatsumoto et al., 1976; Chen & Wasserburg, 1981) 4.502 0.030 Ga (Arden & Cressey, 1984) コンドライトの Pb-Pb年代 ● (Chen & Tilton, 1976; 岩波講座地球惑星科学12, 1997) Allende全岩 Allendeの 包含物など ［CD : Canyon Diablo-鉄隕石］ （Tatsumoto et al., 1973; 岩波講座地球科学６, 1978） 太陽（H, He: 98%）：太陽系の質量の99.87% 惑星の組成の見積 太陽系形成の標準モデル (%)（山中他, 1995） 惑星の原材料（山中他, 1995） 元素/化合物 岩石惑星 ガス惑星 氷惑星 原始太陽系の温度分布（Hughes, 1988; 山中他, 1995） 雪線 岩石ダスト （約3AU） 氷ダスト 融点 1. 原始太陽系円盤の形成 原始太陽系円盤‥ガス＋ダスト（質量約1%） ダスト（μmサイズ）の主成分： 雪線 （約3AU）‥内側：岩石・金属、外側：氷 石鉄質 Si, Mg, Fe, Sなど < ∼2000K プラス O 氷 C, N, O, H < 273K ガス H, He < 14K 2. 微惑星の形成 ( 106 年 ) 円盤の中心面にダスト層の形成 ダスト層から微惑星の形成（直径1∼10km程度） （この程度までは電磁気力により固まる。それ以上では重力に よる） 理科年表オフィシャルサイト 惑星系形成論 ： 最新 太陽系の作り方 （小久保, 2007） ［http://www.rikanenpyo.jp/top/tokusyuu/toku2/］ 3. 原始惑星の形成 ( 106 - 107 年 ) ・微惑星の衝突合体 ( 集積 ) ・暴走的成長（大きな微惑星の独占的成長）により 原始惑星 ( 1023 - 1026 kg ) の形成 ・ある程度大きくなると成長が鈍り、重力による 相互作用によって一定の間隔を保ちながら成長 地球型惑星領域‥火星程度（地球質量の1/10） 木星軌道付近‥地球質量の数倍程度 天王星/海王星軌道付近‥地球質量の10倍程度 4. 惑星の形成 ( 107 - 109 年 ) ・地球型惑星領域：原始惑星の衝突 （円盤ガスの消失により、原始惑星の公転軌道が楕円になる） ・地球質量の数倍∼10倍：円盤ガスの流入 木星/土星‥巨大ガス惑星 天王星/海王星‥惑星成長までに円盤ガスの消失� 地球の形成 微惑星の衝突により ・衝突加熱 ・衝突侵食 地球の形成 衝突脱ガス大気 H2O, CO2‥温室効果 マグマオーシャン 珪酸塩鉱物と 金属鉄（Fe, Ni）の分離 ［加熱作用］ 原始地球→大につれて， 衝突速度→大（加熱作用・大） ・脱ガス［衝突脱ガス］ 1/100程度の大きさ（月） ・融解［マグマポンド］ 1/10程度の大きさ（火星） ・蒸発 金属鉄の滞留 未分化な内部 大規模な 入れかわり 核の形成 原始地球→大：重力→大 ‥‥衝突脱ガス大気の保持 ［地球軌道］ 月程度：大気保持可能 火星程度：地質学的時間スケールで保持可能 （岩波講座地球惑星科学1, 1996） （岩波講座地球惑星科学1, 1996） 月の年代 地球の形成 ジャイアント・インパクト 火星サイズの微惑星の衝突 ↓ ・金属核の融合 ・マントルの吹き飛ばし → 月の形成 白：月の高地 ‥斜長岩 4.4-4.5 Ga 黒：月の海 ‥玄武岩 4.0-3.2Ga （古：4.2 Ga) （新：2.5 Ga） マグマオーシャンの形成 斜長石の上部濃集→斜長岩地殻 激しい隕石爆撃→内部部分溶融：玄武岩噴出 月の高地の岩石の年代（>4.1 Ga） 月の高地：斜長岩，はんれい岩のRb-Sr年代 （岩波講座地球惑星科学1, 1996） （Schonfeld, 1974; 岩波講座地球惑星科学１, 1996） （Taylor, 1982; 岩波講座地球惑星科学12, 1997） 月の年代 月の岩石のAr-Ar年代 月の玄武岩のRb-Sr年代 （アポロ11: l, low-K; h, high-K） 地球の形成 ‥微惑星の衝突頻度の減少‥ （重力エネルギーフラックスの減少） 大気・海洋の分化 水蒸気の凝結 → 海の形成 CO2を主体する大気 マグマオーシャン マントルの分化 表面固化‥→ プレート(初期地殻)の形成 （激しいマントル対流：更新盛ん） （BVSP, 1981; 岩波講座地球惑星科学12, 1997） （Kaneoka, 1987; 兼岡, 1998） 核の分化 固体核（内核）の形成 プレートテクトニクスの駆動 加水海洋地殻の形成（含水鉱物） → 島弧の形成・合体 → 大陸地殻の形成 （岩波講座地球惑星科学1, 1996） 地球の表層環境：現在と初期地球 （岩波講座地球惑星科学13, 1998） 1000℃以上高温状態から，1000年程度で130℃へ 地殻 ★原始海洋の形成 ・CO2の溶解 → 表層温度の低下 ・プレートの形成‥プレート運動の駆動 ・加水海洋地殻 → 大陸の形成 地殻の構造 コンラッド面 地殻 ◆大陸地殻 上部：花崗岩質 下部：玄武岩質 ◆海洋地殻 玄武岩質 ! １次地殻‥数百万年∼数千万年で生成 地球形成初期、マグマオーシャンの冷却した被膜 隕石衝突（∼30億年前）、プレート運動により消滅 ! ２次地殻‥∼２億年間で更新 玄武岩質地殻・・・［海洋地殻］ マントルかんらん岩の部分融解により形成 プレート運動により更新 ! ３次地殻‥∼40億年間存在 花崗岩質地殻（安山岩質地殻）・・・［大陸地殻］ 加水した海洋地殻の沈み込みによる火成活動 （含水マントル，海洋地殻の部分融解） プレート運動により集積・付加（大陸形成） (Taylor & McLennan, 1996) マントル物質の溶け始めと終わりの温度 マントル物質が溶ける （マグマの発生）には‥ モホ面 密度： 花崗岩質＜玄武岩質 → 大陸地殻＜海洋地殻 モホ面 （河野，1986） 大陸地殻：約2.7 g/cm3 海洋地殻：約3.0 g/cm3 マントル：約3.2 g/cm3 ◆中央海嶺‥圧力降下 (山中他, 1995） ◆沈み込み帯‥融点降下 （水の存在） 沈み込み帯でのマグマの発生 含水鉱物の脱水→水による融点低下 海洋リソスフェアの沈み込み A. 海洋リソスフェア内の 含水鉱物の脱水 海洋地殻内の蛇紋石 （ 600℃） 堆積岩中の緑泥石・金雲母 （<800℃, 80km深） B. マントルウェッジ内に 含水鉱物の形成 ［含水カンラン岩層］ 海洋の形成 マグマオーシャンの固化 →海洋地殻・プレートの形成→ プレート運動の駆動 海洋との反応‥含水鉱物の形成 → 沈み込み帯・衝突帯 → 火山活動・火成作用 → 島弧の形成 ↓‥プレート運動 含水鉱物からの脱水‥融点降下 衝突・付加，火成活動 →大陸の形成 沈み込み帯� 海洋プレート の沈み込み ↓ 衝突・付加作用 火成活動 ↓ 大陸の 形成・成長 含水カンラン岩層の 引きずり込み C. カンラン岩中の 含水鉱物の脱水（圧力依存） (1) 角閃石，緑泥石 （ 110km深） (2) 金雲母 （ 170km深） （巽，1989） 衝突帯� ＊プレート運動 ＊水の作用 1000℃< の領域での部分融解 （水による融点低下） ↓ マグマの発生 沈み込み帯 ◆ 海洋プレートの沈み込み‥‥付加作用，引きずり込み ◆ 地塊の衝突‥‥地殻の厚さの増大 → 岩石をより高温・高圧条件へ 「変成作用」 ー［水の存在］→ 地殻下部の融解（花崗岩質マグマの形成） 地殻下部（玄武岩質地殻）の融解ー花崗岩質マグマの形成 玄武岩の融解温度 H20に飽和した玄武岩の部分融解 （川勝編, 2002） 水（H2O）の存在 ↓ 融解温度の低下 (Skinner et al., The Blue Planet, 1999) SiO2に富むマグマの形成 100 km （岩波講座地球惑星科学1, 1996）
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