ポン助の雑談ブログ

興味を持ったことをまとめました。

科学

産業革命以来、人類は化石燃料の大量消費によって二酸化炭素を排出している結果、地球温暖化が進行しているというのが今の定説になっています。
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特に極地での温暖化は気温の上昇率が高く、北極海の氷は完全に溶け、海面上昇や台風の巨大化や干ばつの深刻化、局地的な大雨の凶暴化などが言われています。

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原因として挙げられるのが、温室効果がある二酸化炭素で、産業革命以前の大気中の濃度は280ppmと推定され、2015年には400ppmに達したとされました。しかし二酸化炭素など、温室効果ガスの排出は化石燃料だけでじゃなく火山ガスなどからも排出されます。

二酸化炭素はある程度海水に溶けますので、排出量が多少増えても自然のシステムで吸収されます。しかし許容範囲を超えると後戻りできないデットラインを超えてしまいます。陸地は温まりやすく冷めやすい性質がありますが、海水は温まりにくく冷めにくい性質があります。なので海水が一度温まってしまうとなかなか冷めません。

といったことが今までの定説になっています。しかし2020年代から地球が寒冷化するという説もあります。地球の気温に影響を与えるには二酸化炭素だけでは不十分で、太陽の活動に影響されるというものです。
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その太陽活動が200年ぶりに低下しており、今後も低下するとも言われています。太陽活動は短期的には11年周期で活発(極大期)になったり低下(極小期)したりを繰り返しています。中期的にはマウンダー極小期(西暦1645〜1715年)やダルトン極小期(西暦1790〜1824年)といった太陽活動が低下した時期もありますが、原因は分かっていません。

地球の歴史で長期的には、太陽活動以外にも地球の公転軌道や地軸の傾きの変化(ミランコビッチ・サイクル)といったことが原因で氷河期と間氷期を繰り返しています。現在は間氷期に当たり、たまたま温暖な気候に恵まれ人類は生活しています。

世界各地の気温ですが、夏には最高気温の更新など温暖化が進んでいるような報道がされますが、冬にはアメリカやヨーロッパで大寒波襲来など最低気温の更新をしているのも事実です。アフリカで100年に一度の雪が積もった報道もあります。
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南極の最低気温が更新されたという事実もあります。今までの最低気温は南極のボストーク基地のマイナス89.2℃(1983年)でしたが、2010年にマイナス93.2℃になりました。(ただし気温ではなく地上表面温度)

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1800年代からの気温のグラフを見ると、気温が上昇しているような傾向に見えますが、中長期的に見ると単なる誤差の範囲内になる可能性もあります。今のコンピューターでは、複雑な気象モデルを正確に計算できないので、結局のところ温暖化に向かうのか寒冷化に向かうのか正しいことは分かっていません。
量子コンピューターが実用化されると、計算速度が格段に速くなりますので正確な気象モデルが計算できるとされています。

二酸化炭素によって温暖化が進むのか、太陽活動の低下によって寒冷化に向かうのか、その時が来るまで分からないでしょう。

古代の歴史から、金は富の象徴として蓄えられてきました。現代においても金は万国共通で一定の資産価値があります。

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金がなぜ魅力的かというと、その黄金の輝きだけではなく、埋蔵量が少なく希少価値が高いのと、酸化しにくい(のでいつまでも黄金の輝くが続く)点にあります。

有史以来の金の採掘量は17万トンぐらいといわれ、オリンピック用プール3杯半ぐらいだといわれています。残りの埋蔵量は15万トンほどといわれ、そのうち簡単に採掘できる量は5万トンほどで、オリンピック用プール1杯ぐらいになります。年間3000トンほど採掘されていますので、新規の鉱脈が発見されなければ残り十数年で枯渇する可能性があります。

金鉱脈は平均、1トンの鉱石から5グラムほど採れるとされています。一応海水中にも0.0005ppmほどの濃度で存在していますので、計算上50億トンの金が海水中からも採れることになります。しかし採算が合いませんので今の技術では採られることはありません。

金は王水という濃塩酸と濃硝酸を3:1の割合で混合した液体以外溶けません。なので金には価値があります。

その金を古くから何とか作ることができないかという錬金術をしてきましたが、どれも失敗し作ることができませんでした。
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しかし現代の物理学では、理論上金を作ることは可能になります。金より1つ原子番号の重い水銀に中性子線を照射し、放射性同位体を生成します。この放射性同位体がベータ崩壊することで金を得ることができます。しかし膨大なエネルギーを必要とし、採算に合うための量を得ることができず現実性はありません。

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現在地球や宇宙に存在する金がどのように大量にできたかというと、中性子星が合体する過程で大量に金ができることが分かっています。

中性子星・・・恒星が超新星爆発を起こしたあとの残骸の星で、直径は20キロほどで質量が2×10^27トン(太陽ぐらいの質量)。密度は角砂糖ほどの大きさで10億トン。

このような大量のエネルギーがないと金を大量に作り出すことができません。宇宙のダイナミックな変化で生じた金が今の地球に金をもたらしています。

なので未来の新技術でもない限り金を人工的に作り出すことは諦めたほうがいいです。もし人工的に作り出すことができれば、金の価値がたちまち失われ、その辺の石ころと同じになるでしょう。

2011年(平成23年)3月11日に発生した東日本大震災。記録的な大地震で東北地方に壊滅的な被害を与えました。経済もサプライチェーンが寸断され、部品が入手できず世界中の自動車生産がストップするという経済的影響も出ました。

今でも問題になっているのが、福島原発のメルトダウンによって放射性物質が放出され最悪の原発事故になりました。未だに原子炉内の格納容器に溶け落ちた原発燃料があり、放射線量が高く廃炉への道も困難を極めています。

格納容器内は毎時8シーベルトの放射線量があり、人間が浴びると1~2週間ぐらいで死に至るほど危険な状態です。ロボットによる遠隔操作の探査によって、その格納容器内に生物がいることが発見されました。
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金属部分にオレンジ色をした「バイオフィルム」と呼ばれる構造体をしたものが見えます。これは菌などの微生物が集まったものです。これらの生物は、地下水や海水から侵入したと考えられています。

放射線に強い生物として、「デイノコッカス・ラディオデュランス」と呼ばれる細菌がいます。毎時5000シーベルトの放射線を浴びても生き延びます。人間がこのような放射線を浴びれば即死に至るほど強い放射線です。また、毎時15000シーベルトの放射線を浴びても4割が生き残るというデータもあります。

かつて原始の地球でも強い自然放射線が存在しており、この状態で生命が進化しており、福島原発格納容器内の生命を研究すれば、生命の起源が分かる可能性があり研究が進むことを期待しています。

同じく最強生物として「クマムシ」も挙げられます。クマムシは放射線・乾燥・低温・高温に耐性があり、どのような極限状態でも生き延びることができます。

・水分は3%以下の乾燥にも耐えられる
・温度は-273℃~151℃でも耐えられる
・圧力は真空状態から75000気圧でも耐えられる
・放射線は3000~5000グレイ(人間は4グレイまで)でも耐えれれる

宇宙空間にさらす実験も行われ、10日間もの間にいたにも関わらず生還し繁殖能力もありました。クマムシは外来生物からの遺伝子をたくさん取り込むことによって最強生物に進化したとの説があります。外来生物からDNAのいいところだけをもらい過酷な環境にも耐えられる生命に進化しました。

もしかしたら宇宙空間には生命が満ち溢れているかもしれませんね。

地球の71%は海で占められていることは皆さんもご存じだと思います。そして海水の総量ですが、体積にすると約14億立方㎞(プールにすると、縦横が2000㎞、深さ337㎞)。重さにすると140京トン(1400000000000000000トン)になります。

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そして海から海水(水)がだんだんと無くなっていきます。というのも、水は化学式でH2Oとして表され、水素原子2つと酸素原子1つで構成されています。水が蒸発して地球上空に上昇すると、太陽からの紫外線などでわずかな量ですが水素と酸素に分解されてしまいます。

水素は非常に軽いので(元素の周期表で一番最初なので一番軽い)ヘリウムと共に地球の重力では留めておくことができず宇宙空間に逃げていきます。1秒当たり水素3㎏、ヘリウム50gの量が宇宙空間に逃げていきます。1日にすると、水素259200㎏、ヘリウム4320㎏。1年にすると水素9.46万トン、ヘリウム1576.8トンが宇宙空間に逃げています。

余談ですが、水素は海水として膨大に蓄えられているため宇宙空間に逃げても大したことありませんが、ヘリウムは資源として限りがありますので希少価値の高い資源となります。(世界生産の6割を占めるアメリカが戦略物質として2021年にアメリカ国外へのヘリウム供給をストップします。)日本のヘリウム輸入量は年間2000トンぐらいですので、それに匹敵する量のヘリウムが毎年宇宙空間に逃げ出しています。

ここで話を戻しますが、海水の減少は宇宙空間に逃げる水素以外にも、近くに含まれる海水が地球内部に取り込まれるものもあります。広島大学大学院の研究グループによると、年間23億トンの海水が地球内部に取り込まれています。

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内訳は、25億トンの海水がプレートと一緒に地球内部に取り込まれ、2億トンの水が火山活動などによって地上に放出されており、差し引き23億トンの海水が無くなっています。今までは比較的浅い部分の地殻だけに水が含まれていると考えられていましたが、もっと深い地殻にまで水が含まれていることがわかり、プレートと一緒に地球内部に取り込まれる海水の量が増えました。そして海水の減少スピードから計算すると、6億年後に地球上から海水がなくなってしまう可能性があるという結果がでました。

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愛媛大学の研究グループによると、プレートから地球内部に取り込まれた水は、マントルの最深部2900㎞(地球の核との境界部分)まで達する可能性があるとの研究結果があります。この結果によると、地球内部には地表の何倍もの水が蓄えられている可能性があります。長い年月から水の循環を見ると非常に面白いですね。

広大な宇宙を一瞬にして破滅に追い込むエネルギーをご存じだろうか?それは原爆とか水爆などの核兵器は問題じゃないほど強力なエネルギーになります。それは星の爆発やブラックホールよりも強力なエネルギーになります。
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ドラえもんに登場した秘密兵器「地球破壊爆弾」よりも強力になります。
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これが地球破壊爆弾。ネズミもろとも吹き飛ばそうとしました。

その膨大なエネルギーはまだ仮説段階ですが、この宇宙が「偽の真空(ぎのしんくう)」だった場合に発生するかもしれない現象のことです。偽の真空とは、字の通り偽りの真空状態のことです。ここでいう真空状態とは、エネルギーが最も低い状態のことを表しています。宇宙空間など、空気がない状態の真空とは別物になりますので間違えないでください。

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ジェットコースターが上から下に落ちるように、エネルギーも高い状態から低い状態になろうとする性質があります。また不安定から安定になろうとします。

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宇宙も誕生から現在まで、エネルギー状態を徐々に落としてきたと考えられている学説があります。なので現在の宇宙の状態が一番エネルギーが低い状態すなわち「真の真空(しんのしんくう)」状態であるとは言い切れません。今の宇宙が偽の真空なのか真の真空なのか観測するすべがないので、現在はどの状態なのか分かりません。

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現在の宇宙は加速膨張していることが観測から分かっています、もし宇宙が真の真空状態であれば、宇宙は加速膨張していき、空間がバラバラに裂けてしまいビッグリップを引き起こす。あるいは宇宙空間だけが膨張し、星間ガスなどの物質が徐々に薄まり、わずかな素粒子だけが残る暗くて冷たい宇宙が永遠と膨張していくだけの宇宙になります。

もし宇宙が偽の真空だった場合、何か物理学的なきっかけがあれば、エネルギー状態がより低くより安定になろうとします。物理学的なきっかけとは、分かりやすく言うと坂道の途中で止まったボールをちょっと突っついて転がすようなものです。

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このエネルギー状態を低くなることを「真空崩壊」といい、もし宇宙で真空崩壊が起きれば今の宇宙は存在できず崩壊してしまいます。具体的には、現在の宇宙での基本的な物理定数(光速・万有引力・電気素量などなど)の値が変わってくる可能性があります。あるいは現在存在している様々な素粒子も存在できない可能性があります。素粒子が存在できないということは、素粒子でできている惑星や地球、人類も存在できません。

ひとたび真空崩壊が宇宙のどこかで始まれば、光速(秒速30万キロメートル)の速さで伝わるとされています。もし地球から1光年先で真空崩壊が始まれば、1年後には地球も飲み込まれ崩壊してしまい、100億光年先であれば100億年後に地球は崩壊してしまいます。真空崩壊が起こる場所は確率ですので、地球からはるか遠くの場所で起こる可能性の方が高いです。

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観測可能な宇宙はあらゆる方向に465億光年(直径930億光年)で、宇宙の大きさはそれよりもずっと広く続いているとされています(空間は質量を持たず光速以上の速さで広がることができるため)。なので、地球から465億光年より先の宇宙で真空崩壊が起きても、光速以上で空間が広がっているので地球に真空崩壊の波は永遠にたどり着かないでしょう。

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