海の成り立ち

海洋深層水の源でもある「海」の歴史

水と生命の源「海」について

地球の誕生

約46億年前、水素やヘリウムなどを主とする高温のガスの塊であった太陽系星雲状ガスが凝縮して原始の太陽が形成されました。

残りのガスは、渦を巻きながら次第に冷えて微粒子を形成し、微粒子同士が引力で引きつけ合いながら、小さな塊、微惑星へと成長していきました。

これらの微惑星が後に相互の衝突による破壊や合体を繰り返して、現在の地球を含む惑星を形成したと考えられています。

海の出現

微惑星が衝突し、成長をはじめたばかりの初期のの地球はまだ大気を持っていませんでした。微惑星の衝突による地球の成長の段階では、衝突のエネルギーが地球を高温にし、地球や微惑星に含まれている水分が水蒸気として分離して、地球を覆って行きました。

このような現象は、原始地球の半径が現在の35%程度になった頃から急激に始まり、地球を覆った水蒸気の保温効果と微惑星の衝突エネルギーは地球の温度を更に高温にして、半径が50%程度になる頃には、地球温度は約2000℃、水蒸気の圧力は100atmに達していました。

この頃の地表は、岩石が溶融している状態でマグマの海が広がっていました。地球の半径が現在の90%になる頃からは、微惑星の地球に与えるエネルギーの影響が小さくなり、地表温度は低下し始めます。地表温度が、300℃程度に下がった頃から地球を覆っていた多量の水蒸気は液体に変わり、地表面に海が生まれました。

現在の海へ

地球が成長を続ける過程で放出された水蒸気、二酸化炭素、窒素などによって初期の大気は形成されていましたが、そのほかにも酸性の塩化水素が含まれており、地球の温度が下がり海が生まれ頃の原始の海は、この酸性物質が溶け込んで、pH1程度の強い酸性の海でした。

酸性の海は、周りの岩石を溶かして中和されると共にナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄などの主要な金属を溶かして次第に現在の海の成分に近づいて行きました。地球が誕生して約1億年程度の早い時期に、既に現在の海に近い成分になっていたと言われています。

35億年前の海水の成分
成分名 35億年前(計算値) 現在
Na

10.805

10.759

K

0.391

0.399

Mg

0.729

1.291

Ca

0.445

0.415

Fe

0.004

-

Cl

19.499

19.354

SO4

3.8×10-9

2.709

SiO2

0.08

0.006

HCO3

0.58

0.14

pH

6.68

8

海水の科学と工業:日本海水学会・ソルト・サイエンス研究財団共編 東海大学出版会

生命の誕生と今の地球へ

生命誕生以前の地球では、地球形成時に放出された揮発性成分から、紫外線や電気放電を化学反応のエネルギー源としてメタンやアンモニアの生成が起こったと考えられています。

ミラー(1953)の研究では、メタン、アンモニア、水素の混合気体と水蒸気とを電気花火中に通したとき、生命の源であるたんぱく質構成要素のアミノ酸が生成されることが確認されました。約35億年前の太古の海においても、いくつかの条件が重なり、有機物の合成がされ、生命の誕生に至ったと考えられています。

その後、二酸化炭素と光から有機物と酸素を光合成を行う微生物が誕生し、約30億年前には、光合成による酸素の生産が始まったと考えられています。海では、この酸素の増加によってそれまで溶けていた成分が沈殿して取り除かれ、現在の海の成分に至りました。

また、大気にはほとんどなかった酸素も増加し、現在の大気・酸素濃度20%に至っています。

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