[B-AO01] [EE] Astrobiology: Origins, Evolution, Distribution of Life

[BAO01-P13] 初期の地球で炭酸水の界面に形成されるスパイラル微細構造の検証

*唐澤 信司¹ (1.宮城工業高等専門学校 名誉教授)

キーワード：Spiral structure, Early Earth, Carbonated water, Crystal growth of ice, α-quartz

分子生物誌の最初の段階は分子間結合の組織と環境間の相互作用により進行しました。水の界面の膜は、炭水化物によって堅牢になる反応性の分子構造です。その炭水化物は、CO₂ と H₂O から作られます。原始地球の大気は、主に CO₂ ガスで構成されていました。高圧下における CO₂ の溶解度が大きく、ヘンリーの法則から、初期の地球の CO₂ の 40気圧が、今日の CO₂ の 0.0004 気圧の 10⁵ 倍に相当します。しかし、CO₂分子は低温でなければ水に溶けません。CO₂ のイオン化の程度は 0.017 です。つまり、炭酸水では CO₂ の 98.3% は線形分子です。線形分子の CO₂ は、次のとおり液体水の三次元構造の貫通孔に組み込まれます。
　水の分子は、4 つのsp³ 混成軌道の少し歪んだ四面体として表現されます。短い2 つの O-H 結合部は共有結合性であり、長い2 つのO-- H 結合部はイオン結合性です。通常の氷の結晶は六方晶系の (1 h: P6₃/mmc 194) 構造です。P6₃/mmcという構造では交互に滑り平面が有るものの、螺旋状の配置です螺旋状の配置によって。六方晶系の対称性が形成されます。つまり、四面体の短辺と長辺が交互に3 方向の電気的結合力で接続されます。氷結晶の形成では秩序構造の成長が{111} 界面より{100} 界面の方がはるかに速いです[1]。H₂O 分子の微細構造は、界面の面に基づいて形成されます。各スパイラル構造の中心軸に貫通孔の空隙があります。そこに線形のCO₂分子が貫通穴に挿入され, スパイラル構造は炭酸水の格子構造の柔軟性で並び替えられます。こうして、α-水晶の格子構造は平面界面に形成される炭酸水の微細構造を表す最適なモデルであることを検証しました[2]。
[1] Nada, H., J. Physical Chemistry B, 113, (2009), 4790-4798.
[2] Karasawa, S., (2016), https://youtu.be/azcacA97Qbk