地球の水はどこから来た？

宇宙から撮った地球の写真は、青く輝いています。表面のおよそ7割を海が覆い、その平均の深さは約3700メートル。太陽系のなかで、表面にこれほど大量の液体の水をたたえた惑星は、ほかに知られていません。

けれども、地球全体の重さと比べると、海の水はほんのわずかです。海水をすべて合わせても、地球の質量の0.02%ほどにすぎません。地球の表面を、うっすらと濡らしている程度といってもいいでしょう。そして、この薄い水の膜がどこから来たのかは、いまもはっきりとはわかっていないのです。

生まれた場所が暑すぎた

謎の出発点は、地球が生まれた場所にあります。約46億年前、生まれたばかりの太陽のまわりを回るガスとちりの円盤の中で、惑星が育っていきました。太陽に近い場所は温度が高く、水は氷として固まることができません。水が氷になれたのは、太陽からある程度離れた「スノーライン（雪線）」より外側だけだったと考えられています。

地球が生まれたのは、そのスノーラインの内側です。だとすれば、地球の材料となった岩石は乾いていて、水はほとんど含まれていなかったはずです。そこで、水はあとから、スノーラインの外側で生まれた氷や水を含む天体によって運ばれてきたのではないか、という考えが生まれました。有力な候補は、彗星と小惑星です。

決め手は「重い水素」

どちらが水を運んだのかを見分ける手がかりになるのが、水素の「指紋」です。水素には、ふつうの水素のほかに、中性子をひとつ余分にもった「重水素」がごくわずかに存在します。水に含まれる重水素と水素の比率は、その水がどこでできたかによって違うと考えられています。地球の海水では、重水素は水素およそ6400個に1個の割合です。

氷のかたまりである彗星は、昔から有力な候補でした。ところが、ハレー彗星などいくつかの彗星の水を調べてみると、重水素の割合が地球の海のおよそ2倍もありました。2011年には、地球の海とよく似た比率をもつハートレー第2彗星が見つかり、彗星説が息を吹き返したこともあります。

しかし2014年12月、ヨーロッパ宇宙機関（ESA）の探査機ロゼッタが、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星（67P）を間近で調べた結果を発表します。その水の重水素の割合は、地球の海の3倍以上という高い値でした。こうした結果から、彗星が運んだ水は地球の水のごく一部で、多く見積もっても1割に満たないとする見方が強まっています。

小惑星リュウグウの水

かわって有力になってきたのが、小惑星です。なかでも、水や有機物を多く含む「炭素質コンドライト」と呼ばれる隕石は、重水素の割合が地球の海水とよく似ています。炭素質コンドライトは、太陽系が生まれたころの物質をよく残した、黒っぽい隕石です。

この説に大きな手がかりをもたらしたのが、日本の探査機「はやぶさ2」です。はやぶさ2は小惑星リュウグウから約5.4グラムの試料を採取し、2020年12月、それを収めたカプセルがオーストラリアの砂漠に着地しました。分析の結果、リュウグウの物質は、炭素質コンドライトのなかでも特に始原的な「CIコンドライト」とよく似ていて、粘土鉱物などのかたちで約7%もの水を含んでいました。さらに、結晶の中に閉じ込められた液体の水まで見つかっています。リュウグウのような小惑星が地球に水を届けたという考えは、ぐっと現実味を帯びてきました。

それでも、話はまだ終わりません。2020年には、地球の材料に近いとされる「エンスタタイトコンドライト」という隕石に、思いのほか多くの水素が含まれているという研究が発表されました。地球はもともと、かなりの水のもとを自前で持っていたのかもしれません。生まれたばかりの地球を覆っていたマグマの海の中で、水がつくられたとする研究もあります。地球の水は、ひとつの源からではなく、いくつもの源から少しずつ集まったものなのかもしれません。