クエリ: 初期の太陽の光度が現在の 70%しかなかった場合、地球上の水は全て氷っていたか?
文章: スノーボールアース 太陽光の強さ まずエネルギー源である太陽の明るさについて、太陽の進化モデルによると太陽の明るさは、太陽系が生まれた46億年前には現在の約70%しかなく、その後徐々に明るさを増してきている。太陽は現在でも約1億年で1%の割合で明るさを増し続けている[9]。即ち地球の歴史をさかのぼるほど、現在よりも太陽から受けるエネルギーが少なかった。ただし、地球の気温は太陽の明るさだけで単純に決まることはなく、昔ほど気温が低かったのではない。太陽からのエネルギーが少なかった約38億年前においても地球上には液体の海が存在していた証拠があり、現在の地球大気の条件では太陽光が現状の90%に弱まると地球表面は凍結すると予想されていることと考え合わせると、温室効果など他の要因も地球環境に大きな影響を持っていることがわかる[10]。 温室効果 メタンや二酸化炭素などのガスは、地球表面から宇宙へ放射される熱エネルギー量を減らし、結果として気温を上げる働きをする。これらを温室効果ガスと呼び、現在進行中の地球温暖化問題の原因として注目されている。現在の二酸化炭素濃度は0.04%(400ppm)程度[11]で、それによる温室効果は33°Cと考えられる。即ち現在の地表平均気温15°Cに対し温室効果が全くない時の予想気温(有効温度)は-18°Cとされている[12]。地球誕生時には大気中に二酸化炭素が大量に(0.1気圧ないし10気圧相当)存在したとされており、また二酸化炭素より温室効果の高いメタンガスもヒューロニアン氷河時代以前の約30億年前の大気にはかなり存在していたと考えられている。初期の地球大気に存在していた大量の二酸化炭素は、のちに石灰岩や苦灰石などの炭酸塩岩として大量に地殻に固定されて減少し、また一部は石炭や石油などの化石燃料として大気から除かれてきた。炭酸塩岩や化石燃料に固定されている炭素をすべて解放すると90気圧に相当するが、この量は現在の金星の大気「二酸化炭素主体の90気圧」に匹敵する[13]。 氷床のアルベド 白い氷床は太陽光の反射率(アルベド)が非常に高く、入射した太陽光のエネルギーがそのまま宇宙空間へ流出する。その結果、地表の一定以上の範囲が氷に覆われると寒冷化は急激に加速する。逆の場合も成立し、氷床が減ってゆくと相乗的に気温が上昇する(いずれも正のフィードバック)。
文章: 火星 BBCの報道ではやや誇張されているが、元々のESAの発表ではこれが湖であるとは主張していない。火星の数多くの他の場所に見られるものと同様に、この円板状の氷は暗く低温の砂丘の頂上(高度約200m)に薄い層状の霜が凝結してクレーターの底に広がったものである。報じられたこの氷が特に珍しいのは、霜のいくらかが一年中残りうるほどこの場所が高緯度にあるという点だけである。赤道付近は日中20°Cを越すこともあり、高緯度でなければ氷は存在できない。また、液体の水も、火星の大気は希薄、すなわち大気中の水蒸気圧が小さいため、火星表面のほとんどの地域ではすぐ蒸発してしまうので存在できない。液体の水が存在できるのはヘラス盆地など限られた場所のみである。 文章: 天文学 望遠鏡が発明される前、初期の研究は肉眼でも見やすいように高い建造物の上や高地のような場所で行われた。文明が発達するとともに、バビロニア・中国・エジプト・ギリシア・インド・中央アメリカなどで天文台が建設され、宇宙の根元についての考察が発展を始めた。ほとんどの初期天文学は、恒星や惑星の位置を記す、現在では位置天文学と呼ばれるものだった。これらの観測から、惑星の挙動に対する最初のアイデアが形成され、宇宙における太陽・月そして地球の根源が哲学的に探求された。地球は宇宙の中心にあり、太陽・月・星々が周囲を廻っていると考えられた。これは、クラウディオス・プトレマイオスから名を取ってプトレマイオス・システム(天動説)と呼ばれる[14]。 文章: 氷河時代 氷河発達期には、海から海水が取水されて<!-- 『氷河地形学』p.14では異なる説明をしているようです。 -->高緯度地域で氷を形成することで全球の海水準は約110メートル下がり、大陸棚が露出して大陸間に陸橋が形成され、動物が移動するようになった。氷河後退期には、氷が解けることで水が海へ還り、海水準は上昇した。このプロセスは海岸線や水和系<!-- 原文: hydration systems -->の急変を引き起こし、新たに海中に沈んだ陸地、海上に現れた陸地、湖の塩化を引き起こすの決壊、新しい氷ダムが作り出す広大な淡水地域、そして地域的な気象パターンの全般的な変化のような、規模は大きいが一時的な結果を生む。また、一時的な氷河の再発達を引き起こすことさえある。この種の急速に変化する陸地、氷、海水、淡水の混沌としたパターンは、現在の海岸線が有史以前の過去数千年間でしか達成<!--「海岸線が...達成されていない」が日本語として不自然に思ったが適当な訳が思いつかない -->されていない最終氷期最盛期の終わり頃の北アメリカ大陸中央部の大部分のほか、バルト地方やスカンディナヴィア地方がもっともなモデルとして提案されている。また、スカンディナビア地方に面する海面上昇の影響により、かつて、現在の北海の大部分の下に存在し、ブリテン諸島と大陸ヨーロッパをつないでいた広大な大陸の平原が海に沈んだ[89]。 文章: 太陽光度 太陽光度(たいようこうど、)とは、光度の単位の1つであり、記号formula_1で表す。通常、恒星などの天体の光度(見かけの明るさではなく、実際の明るさ)を表すのに用いられる。1太陽光度は、3.839 × 10 W、3.839 × 10erg/sに当たる太陽の光度と等しい。ただし、太陽は弱い変光星であり、太陽変動によって光度は常に一定ではない。 文章: 暗い太陽のパラドックス 暗い太陽のパラドックス (くらいたいようのパラドックス、) は、初期の地球に液体の水が存在していたことと、天文学的な観点からは初期の太陽の光度は現在の 70% しかなく暗かったと予想されることの間に存在する矛盾である。暗い若い太陽のパラドックスと呼ばれることもある。この問題は、1972年に天文学者のカール・セーガンと George Mullen によって提起された。 文章: 暗い太陽のパラドックス によると、太陽のような恒星は主系列段階の寿命の間に、核融合によって引き起こされるコアの収縮に伴って徐々に光度が上昇する。つまり、若い頃の太陽は現在よりも光度が小さく暗かったと予想される。40億年前の太陽のモデルから予想される光度と、現在の地球の温室効果ガスの濃度を考慮すると、当時の地球の表面の水は全て凍りついてしまっていたことが予想される。しかし地質学的な記録からは、過去の地球表層は 24 億年前から 21 億年前までのヒューロニアン氷期の時期を除くと、継続的に比較的温暖であったことが分かっている。また、液体の水の存在と関連する堆積物は、古いものでは38億年前のものが発見されている。さらに初期の生命誕生の兆候は最も古いものは35億年前までさかのぼり、また炭素同位体は現在のものと非常によく一致している。 文章: 氷河時代 氷河学的には、地球の歴史の中で、地球上に大陸並みの大きさの氷床が存在している時代を<b data-parsoid='{"dsr":[1440,1450,3,3]}'>氷河時代</b>という[5]。この意味において、現在は、広大な氷床が南極大陸とグリーンランドにあるため、氷河時代(新生代氷河時代あるいは第四紀氷河時代)である[5]。また、地球上に氷床がない時代を温室期というのに対し、氷河時代のことを<b data-parsoid='{"dsr":[1632,1641,3,3]}'>氷室期</b>という場合もある[5]。氷河時代の中でも、中緯度地域まで氷河や氷床に覆われるような、特に氷河の発達した寒冷な時期を氷期という[5][6]。氷期と氷期の間の温暖期で、相対的に氷河が縮小した時期を間氷期という[5][7]。さらに、氷期の中にも氷河・氷床の極大期と極小期があり、それぞれ亜氷期</b>と<b data-parsoid='{"dsr":[1967,1977,3,3]}'>亜間氷期と呼ばれる。 文章: 地球の未来 現在から28億年後までには、地球の表面温度は極地においてもに達する。この時点で、環境の悪化により生命はどのような形であっても存在できなくなる。地球表層の水がこの時点ですべて失われると仮定した場合、以降太陽が赤色巨星になるまで地球の環境は変動しない。約30億 - 40億年後には太陽光度が現在の値から35 - 40パーセント増加し、暴走温室効果が開始される。暴走温室効果により、大気温度は上昇し地表温度は約に達する。この高温状態は地球表面を融解させる。一方で、太陽が赤色巨星段階に入るまでの間、地球はその大気のほとんどを維持する。 文章: 氷 氷(冰、こおり)とは、固体の状態にある水のこと。 文章: 月の水 月の明るい部分では自由水は存続できないが、そのような水は太陽風の作用で蒸発濃縮されて極地方の永久影に移動し、氷として蓄積する。 文章: 氷河時代 1956年に Ewing と Donn が提唱した別の理論[54]は、氷のない北極海は高緯度地域の降雪量を増やすという仮説である。低温の氷が北極海を覆うとき、海面からはほとんど蒸発または昇華せず、降水量の点では極地方はかなり乾燥した状態にあり、その降水量は中緯度の砂漠地帯と同等である。この少ない降水量により、夏季には高緯度地域に降った雪が解ける。氷のない北極海は長い夏の間に太陽放射を吸収し、より多くの海水を蒸発させることで北極地方の大気中の水蒸気量が増す。降水量が多いと、この雪の一部は夏の間に解けることはないかもしれないため、より標高と緯度の低い地域で氷河が形成されることがあり、上述したアルベドの増大により、陸上の気温は下がる。さらに、この仮説によると、海洋の流氷の欠乏によって北極海と北大西洋との間で海水の交換が増加することで、北極海は温められ、北大西洋は冷やされる[注釈 2]。温暖化サイクルの間に北大西洋に淡水が流れ込むことは、地球の海洋大循環を減少させるかもしれない。メキシコ湾流の影響の減少による海洋循環の減少は、北ヨーロッパに及ぼす冷却効果があるだろうとされ、夏の間も保持される低緯度地域の雪の量が増えることになるだろうと考えられている。また、氷河拡大期には氷河はセントローレンス湾を通って流れ下り、メキシコ湾流をせき止めるほど遠くまで北大西洋に広がるかもしれないことも示されている。 文章: 縞状鉄鉱床 上記のように縞状鉄鉱床は海中に酸素分子が殆ど存在しない条件下で生成するが、大気中の酸素量が十分多かった7億年前にも大規模な縞状鉄鉱床の生成があった。この時代の地層には全世界的に氷河が堆積していたことが知られている。1992年に、全世界的な氷河と縞状鉄鉱床の生成を結びつけて、「この時代に地球表面が全面的に結氷した」とするスノーボールアース仮説が提唱された。そのシナリオは次の通り。 文章: 銀河系とアンドロメダ銀河の衝突合体 太陽の光度が徐々に強くなっていることから、2つの銀河の衝突が起こる頃には、地球の表面は液体の水が存在できないほど温度が高くなっており、生命は全て死に絶えている。現在では約14億年後にこのような状況が起こると推定されている。 文章: 暗い太陽のパラドックス これまでに挙げた天体物理的、あるいは地球科学的な解決策とは異なり、基礎物理的な観点からの暗い太陽のパラドックスの解決を試みる仮説も存在する。それは、万有引力定数が時間変動することによって、太陽の光度および地球が受ける日射量が変化するというものである。物理定数も含めた依存性を考えると、太陽光度は太陽質量の5乗に比例し、万有引力定数の7乗に比例する。万有引力定数が変化すると地球の軌道にも影響が及ぶため、これを加味すると地球が受け取る日射量は太陽質量の7乗、万有引力定数の9乗に比例する。そのため40億年前の万有引力定数が現在よりも 2% 程度大きかった場合は、地球は完全な凍結を免れるとされる。万有引力定数の時間変化に制約を与える実験や観測は数多く行われており、連星パルサーやミリ秒パルサーの観測、月レーザー測距実験などから変化量の上限値が得られているが、40億年で 2% という値はこれらの上限値を逸脱はしていない。 文章: 氷 非晶質氷 非晶質氷(またはアモルファス氷)は分子配列の長距離秩序が無いアモルファス状態の氷の事である。非晶質氷は密度によって3つの形態に分けられる。大気圧で形成された低密度非晶質氷(LDA)や、より高い圧力で形成された高密度非晶質氷(HDA)および超高密度非晶質氷(VHDA)である。 宇宙空間では、地球上で最も優勢な六方晶系の氷は非常にまれで、非晶質氷が一般的である。しかし、火山活動によって六方晶系の氷が形成される可能性がある[12]。