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地球の海の水は、どこから来たのでしょう。長いあいだ有力だったのは、「できたばかりの地球に、水を含んだ彗星や小惑星がたくさんぶつかって運んできた」という筋書きです。ニューメキシコ大学の Susmita Garai さんらは、それとはまったく違う答えを実験で示しました。水は外から運ばれたのではなく、生まれたての地球の大気の中で、降ってくる「乾いた小石」から作られた、というものです。論文は2026年9月24日に Nature Geoscience に掲載されました。
彗星や小惑星が運んだ、という説の弱いところ
彗星には確かに氷があり、小惑星の一部にも水を含む鉱物があります。どちらも初期の地球にはたくさん衝突しました。それなら水は運ばれてきたと考えるのが自然に思えます。
ただ、この説には時間の問題がついてまわります。月を作った巨大衝突のあとに水が来たのか、前なのか。マントルに残る元素の割合とつじつまが合うのか。衝突の回数と量で海を満たせるのか。どの制約を満たそうとしても、どこかに無理が出てきます。
一方で、惑星のでき方そのものについての見方は、この10年ほどで変わってきました。地球のような岩石惑星は、小惑星サイズの天体どうしがぶつかって大きくなるだけではなく、太陽系星雲に漂う数ミリから数センチの「小石（ペブル）」を大量に取り込みながら育った、という考えです。この「ペブル降着」の見方では、育ちつつある惑星は星雲のガスから水素とヘリウムの濃い大気をまとっています。水は水素と酸素からできているので、水素はもとから手元にある。足りないのは酸素だけです。
酸素は、岩石の中にすでにあった
研究チームが目をつけたのは、小石に含まれる酸化鉄です。岩石の鉄は、ふつう酸素と結びついた酸化鉄のかたちで含まれています。この酸素を、大気の水素が奪い取れば水ができます。
条件は十分に整っています。原始惑星の質量が地球の0.3倍ほどを超えると、降り積もる小石の落下エネルギーが大気を強く熱し、底のほうでは温度が3,000ケルビンを超え、気圧は200気圧を上回ると研究チームは見積もります。小石は大気の中を落ちるあいだに溶け、何時間も、ときには何日も、溶けたまま高温の水素にさらされます。地表はマグマの海で、下からも熱が加わります。
この状況を、研究チームは実験室で再現しました。海洋地殻をつくる玄武岩（中央海嶺玄武岩）、それにカンラン石を混ぜたもの、リンを含まない合成の玄武岩の3種類を、水素を流しながら1,200〜1,400℃に熱して溶かします。比較のために、同じことをヘリウムを流して行いました。実験時間は15分から3時間です。
結果ははっきりしていました。水素の中では、酸化鉄がみるみる金属の鉄に変わり、奪われた酸素は水蒸気になって出ていきました。Universe Today の記事によると、酸化鉄の8割近くが金属鉄に変わった実験もあったそうです。ヘリウムの中では、この反応は起きません。水素が酸化鉄から酸素を引き抜いた、ということです。
海の数百倍。しかも副産物が、別の謎を解く
反応の速さと量が分かれば、育っていく地球全体でどれだけの水ができるかを見積もれます。研究チームの計算では、小石の組成によって差はあるものの、効率が最も良い場合には今の海の数百倍、別の組成でも数十倍の水が生まれます。海をひとつ満たすには、十分すぎる量です。
この話には、もうひとつ面白い続きがあります。酸素を奪われた鉄は、金属の粒になって溶けた岩石の中に残ります。実験では、この金属鉄がリンを強く取り込み、岩石のほうからリンをはぎ取っていました。実際の地球では、こうしてできた金属鉄は重いので中心に沈み、核の一部になります。すると、マントルに残る岩石はリンが少なく、鉄も少なくなるはずです。
地球のマントルは、火星と比べてリンが少なく、マグネシウムに対する鉄の割合も低いことが知られています。なぜそうなのかは、はっきりしていませんでした。水を作ったのと同じ反応の副産物が核に沈んだ、と考えれば、この2つの特徴が自然に説明できます。水の起源を調べる実験が、マントルの成分の謎にまで答えを出したわけです。
どこまで言えるか
研究チームは、この仕組みが「地球の水のすべて」だとは言っていません。できた水蒸気のうち、どれだけが大気にとどまり、どれだけが星雲へ逃げたかで、手元に残る量は大きく変わります。あとの時代に大気ごと宇宙へ失われた分もあるでしょう。彗星や小惑星が一部を運んだ可能性も、消えたわけではありません。
それでも、生まれたての地球が、外から何も運んでもらわなくても自前で水を作れたことを、実験で示した意味は大きいと思います。共著者の Zachary Sharp さんは大学の談話で、地獄のような大気の中で45億年前に作られた水が、いま目の前に広がっている海かもしれない、と話しています。
そして、この反応に必要なのは、水素の濃い大気と、酸化鉄を含む岩石の小石だけです。どちらも、太陽系の外で生まれる岩石惑星にもふつうにあるものです。研究チームは、地球くらいの大きさの惑星なら、形成の途中で海をまかなえる量の水を自然に手に入れるはずだと述べています。水のある惑星は、思っていたよりありふれているかもしれません。
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出典
- Garai, S., Sharp, Z. D., Olson, P. L. & Gargano, A. M. (2026) “Experimental simulation of water formation on Earth from dry pebble rain” Nature Geoscience（2026年9月24日）https://doi.org/10.1038/s41561-026-02118-7
- 同論文の Research Briefing “Dry pebble rain could have delivered water to Earth through hydrogen reduction of iron oxide” Nature Geoscience（2026年10月12日）https://doi.org/10.1038/s41561-026-02138-3
- 実験データ（Dryad、要旨も読める）https://datadryad.org/dataset/doi:10.5061/dryad.fttdz0980
- Universe Today “No Comets Required? How the Growing Earth May Have Created Its Own Water”（Evan Gough、2026年10月29日）https://www.universetoday.com/articles/no-comets-required-how-the-growing-earth-may-have-created-its-own-water
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