約27億年前の微小隕石の一つを撮影した顕微鏡画像。（PHOTOGRAPH BY ANDREW TOMKINS） [画像のクリックで拡大表示]

およそ27億年前、砂粒ほどの小さな隕石が地球に降り注ぎ、その過程で原始大気を取り込んだ。（参考記事： 「間近で見られる巨大隕石5選」 ）

世界最古の微小隕石の称号を得たこの隕石はもともと、主に鉄とニッケルを含んだ大きな塊だった。ところが、地表からの高度75キロあたりの上層大気を突き抜ける際、熱を帯びて結晶化し、主に酸化鉄からなるいくつもの小さな粒子へと変化した。（参考記事： 「標的は地球？ 小天体接近」 ）

この酸化鉄を分析した結果、現在と同等の濃度である約20％の酸素が当時の上層大気に含まれていたことが示唆された。始生代の地表付近の大気には酸素がほとんどなかったと考えられているため、これが事実であれば驚きに値する。

地球の原始大気の分析は、初期の生命史の研究において注目されているテーマの一つだ。5月11日付で科学誌「ネイチャー」に発表された今回の研究は、地球の原始大気を知るための最新の試みであると同時に、おそらく最も型破りな試みでもあるだろう。（参考記事： 「南極の凍った湖に潜って 原始地球の生態系を追う」 ）

研究チームを率いたオーストラリア・メルボルンのモナシュ大学のアンディー・トムキンズ氏は「ちょっとした思い付きで始めたのですが、このような結果が出て喜んでいます」と話す。

地球の原始大気を専門とする米ペンシルベニア州立大学のジム・カスティング氏は第三者の立場で、「このようなことが可能とは思いもしませんでした」と感想を述べる。

隕石が大気を「サンプリング」

太古の鉱物の組成を見る限り、光合成を行う生物が地表で生成した酸素は23億年ほど前まで大気の下層に蓄積されることはなかった、というのがこれまでの共通認識だった。（参考記事： 「地球の酸素はマグマの組成変化で増加」 ）

一方、複数の化学モデルによる推定では、当時の高度50～100キロの上層大気は下層とはほとんど別世界だったとされてきた。太陽放射によって二酸化炭素分子が分解され、大量の酸素と一酸化炭素が生成されるためだ。

問題は、太古の上層大気のサンプルを手に入れる方法がこれまでなかったことだ。そこで、トムキンズ氏のチームは西オーストラリア州で産出する太古の石灰岩から地球最古の微小隕石を探そうと考えた。

サンプルが現代の宇宙から降り注ぐ微小隕石に汚染されないよう、また、石灰岩を酸に浸して太古の微小隕石を分離する際に微小隕石まで溶けてしまわないよう、チームは細心の注意を払った。

トムキンズ氏らが発見した微小隕石は、それまで世界最古だったものより10億年近く古い。それにもかかわらず、採取に成功した60個の微小隕石は良好な状態を保っているようだ。地球外から飛来したこと、高濃度の酸素によって燃焼したことを明確に示す証拠が残っている。

米アリゾナ州立大学隕石研究センターのミーナクシ・ワドワ所長は、細心の注意を払ったチームを称賛する。現在の地球には宇宙から毎日100トンもの隕石が飛来しており、その大部分が微小隕石だからだ。（参考記事： 「宝くじより高い？ 隕石に当たって死亡する確率」 ）

ワドワ氏は電子メールで取材に応じ、「このような粒子が27億年前の岩石に保存されているなど、最初はかなり疑わしいと思っていました。しかし、この証拠には説得力があります」と評価した。

地球外生命の探査にも影響

ただし、この先駆的な研究は答えより多くの疑問を残している。まず、微小隕石から推定された太古の上層大気の酸素濃度は、モデルによる現在の予測より10倍ほど高い。仮に大量の酸素が存在したとしても、なぜ下層の大気と混ざらなかったのだろう？

それでも、始生代の大気モデルの専門家として世界的に知られるカスティング氏は、今回の手法は理にかなっていると確信している。そして、もし今後引き続き研究を行うことがあればチームに加わると請け合った。

さらに、今回の研究結果は宇宙の研究にも影響を及ぼしそうだ。

米カリフォルニア大学リバーサイド校で宇宙生物学を研究するティモシー・ライオンズ氏は、今回の研究結果は地球外生命の探査に影響を及ぼすかもしれないと指摘する。有望な探査手法の一つに、望遠鏡で太陽系外惑星の大気を調べ、生物のみが大量に生成できる化合物を探すという手法がある。（参考記事： 「土星の衛星に酸素、生命探査に追い風」 ）

しかし、地球の上層大気に大量の酸素が存在していたとすれば、ほかの惑星の大気を観測した場合も実際より酸素が多く存在するように見えてしまう可能性がある。酸素はしばしば生命と関連付けられるため、地球外生命の探査においては誤検出につながりかねない。（参考記事： 「銀河系内に高度な文明をもつ惑星が存在？」 ）