地球の熱いマントルと海が分離できたのはなぜ？

質問

地球の内部にはマントルと呼ばれる金属などがドロドロに溶けて存在してると聞きました。実際に海ができるにはまず地表のマグマが冷えて固まる必要がありますよね？そうなると大量の水分が必要になりますし、すぐに蒸発しますよね？宇宙空間では１℃下がるのに何十万年もかかると聞きましたが…となると
(1)海はどのようにしてマントルの部分と分離できたのでしょうか？（過程や年月は？）
(2)また海の源である水分は衝突してくる隕石の中に元々存在していたということでしょうか？
教えて下さい。

回答No.5

ruehas · ベストアンサー

こんにちは。
宇宙空間で１℃下がるのに何十万年というのがどういう計算なのか私にはちょっと分からないのですが、地球には太陽から常に一定のエネルギーが供給されています。地球の存在する宇宙空間は真空ですので、熱対流や熱伝導は起こりません。従いまして、太陽から受け取ったエネルギーは全てが輻射熱として宇宙に放出されなければなりません。これによって、地球の平均気温は約１５℃に保たれています。
平均気温が保たれるということは、余った熱エネルギーが宇宙に放射されることによって地球はきちんと冷されているということですよね。これが１℃下がるのに何十万年では、地球は太陽から次々と供給によってされるエネルギーによって丸焼きにされてしまうことになるのではないかと思うのですが。
輻射によって放出される単位時間あたりのエネルギーは、表面温度と放射面積の積になります。ですから、１℃＝何十万年という計算の根拠がどうも良く分からないですね。上手く説明できれば良いのですが、計算がメチャクチャ面倒なので、とても私の手に負えるものではありません（ちょっとカンベンして下さい）。ですが実際には、太陽光の量に変わりがなくとも、地球の平均気温は温室効果と放射冷却によって１～２℃くらいは変化しますし、それはせいぜい数百年単位でも起こります。

さて、現在我々が海洋と呼んでいるものも原型は、地球が誕生してから約１億年ほどで出来上がったのではないかと考えられています。
地球は４６億年ほど前に小惑星や彗星などといった微惑星の衝突合体によって作られました。このような小天体の中に、現在の地球に海を形成している水や、その材料である水素や酸素が含まれていたのだと言われています。
当初地球は、天体の衝突エネルギーで岩石や金属の成分がドロドロに融けた状態で、その温度は１２００～１３００℃ほどでした。このような状態で地球に生み出されたガスの成分、即ち「原初大気」は８０％が水蒸気、残りが炭酸ガスや窒素などでした。

気体というのは熱せられると上昇しますが、標高が高くなると気圧が低くなって急激に温度が下がります。このような大気循環によって地上から蒸発した水蒸気が水滴となって落ちて来るのが雨ですよね。ですから、上空の大気が１００℃以下にならなければ雨は出来ませんし、上空で冷されたとしも落ちて来る途中で蒸発していまいます。
実際の雨は、地表の温度がだいたい３００℃くらいから降り始めたのではないかということです。マグマというのは６００℃以上ですから、このような状態ですと、そのときには既に地表の岩石や金属は融けた状態ではありません。従いまして、原始の地球には、大気中の水蒸気が雨として地表に到達する以前に、その表面で薄皮のように固まった地殻の原型らしきものが出来上がっていたということになります。

ドロドロの地球が冷え始めたのは、小天体の衝突が少なくなり、熱エネルギーの供給が途絶えたからです。そこから地表の温度が下がり始め、マグマの海に地殻らしきものができるまでに数千万年くらいではないかと思います。
やがて、そのような地表に雨が降り注いで更に温度を下げます。そして、地表の温度が１００℃を下回り、海が形成されるようになりますと、そこには水蒸気の次ぎに温室効果の高い二酸化炭素が大量に溶け込んで吸収されます。つまり、海が出来るということは、地球を覆う大気から水蒸気と二酸化炭素という強烈な温室効果ガスが大量に奪われるということです。これにより、地球の気温は低下の一途を辿ることになります。そして地球は、平均気温が０℃以上、１００℃以下という水の惑星になりました。

地球に初めて降ったこの雨は、地表での急激な蒸発を繰り返し、数千年に渡って降り続けたのではないかという話も聞いたことがあります。地表が既に冷え固まっていたと言いましても、それは薄皮のようなもので、そのすぐ下は高温のマグマですし、裸出した部分もあったでしょう。ですが、ドロドロの「マグマ・オーシャン」の上に雨が降り注ぎ、それで地表が固まったというイメージは私にはありません。むしろ、暗雲に覆われ、稲妻の駆け巡る３００℃という蒸せ返るような世界に、極地の方から勢力を伸ばし始めた雨が、やがて数千年の豪雨となって地球を丸ごと呑み込んでいったという感じではないかと思います。

上空の気温がある程度まで下がったならば、地表に辿り着かなかった雨というのはあったのではないでしょうか。これが直接地表を冷したということではありませんが、それは途中で蒸発することによって地表近くの熱を奪い、上空に運びます。上空に運ばれた熱は、半分は地表に向かって放射されますが、半分は宇宙に向かって放射されます。当時の大気は温室効果のコンクリート壁のようなものでした。ですが、壁と違う所は、そこには大気循環というものがあり、微力ながらこれが、地球にとってはラジエーターの役割を果たしていたのではないかと思います。

参考URL：

　

お礼

大変詳しく分かりやすく説明していただき勉強になりました。ありがとうございました。数千年も降り続いたと言われる大雨は、全然想像もできないほどの激しさだったに違いないですね。地球上の水量だけでも半端じゃないですからね。恐るべし地球の歴史です…。

回答No.4

sekisei

以前NHKでやっていた地球大紀行という番組でこの辺が詳しく放映されていました。（本もあるようなので探されてみてはどうでしょう）

そこでの内容では以下のような感じでした。
微惑星が集合して一旦どろどろに溶けた際にもともとその中に含まれていた水分が蒸発して大気に放出される。
最初は大気も高温で雨も降れなかったのが時間が経って冷却しついに雨が降る。
降り始めはまだ振っては蒸発の繰り返しだったのがようやく地面が冷えて海を形成した。
大雑把こんな感じみたいです。
番組内では実際に隕石を砕いて加熱し隕石内部に水分が保持されていることを見せていました。

お礼

sekiseiさんいつもお答えいただきありがとうございます。簡潔にまとめて説明していただき参考になりました。実際に隕石中に水分が含まれているということは大変重要なことですね。広い宇宙空間にはいったいどれ位地球に似た水の惑星があるのか…。興味深いですね。

回答No.3

chihiroppe

私もあまり自信がないですが、ほぼNo2さんの回答です。
水蒸気はかなり地球が冷えてからの発生です。
地球の誕生から水蒸気が発生し長い雨季に入るまで何億年もかかっています。

お礼

お答えいただきありがとうございました。

回答No.2

noname#111369

自信が無いですが。

水蒸気が空高く上っていきますね。
そしたら、地球の重力で捕まって有る高度で溜まって雲を
作ります。
物凄い厚さの雲です。

地球の温度が高いから空も高温高圧になっています。
まだ雨が降らないのです。
まだまだ、火山の噴火もあるでしょう。
そのうち、雲が大気に漂う事で摩擦が生じ帯電します。

エネルギーがある程度溜まってカミナリが鳴り響きます。
その強烈な刺激と共に、長い雨季に入ります。
当時は相当雲が厚かったでしょうから、相当長い期間雨が
振った事でしょう。

そして、陸地が冷やされたのだと思いますよ。
その時に海が出来たのでしょうね。
ちなみに、酸素は地球の大気中にまだ今の量が無かったみたいですよ。

蛇足ですが、火星は小さいので、大気を火星の重力圏（引力圏）に
留められなかったそうです。
金星は地球とサイズがあまり変わらないそうですが、
太陽に近い事で、今も灼熱の温度で人間が住めないそうですね。

お礼

お答えいただきありがとうございました。

回答No.1

apple-man

ちょっと冷静になって考えると分かる思いますが、
地球が高温の時代には大気はなかったわけです。

＞そうなると大量の水分が必要になりますし、

　大気がない状態では、水分が発生しても
す蒸発してしまいます。

　地球が冷えたのは水冷したわけじゃありません。

お礼

お答えいただきありがとうございました。