300倍に拡大された華やかな砂、99%が生物の死骸…韓国の砂は主に鉱物

海岸の砂を300倍に拡大するとどのような姿をしているのだろうか。「BODA」チャンネルの「科学を見る」EP.219には、MCのチョン・ヨンジンと、天文学者のチ・ウンベ教授、物理学者のキム・ボムジュン教授、地質学者のキム・ギボム教授が出演し、視聴者の疑問に答えた。最初の質問は、砂を拡大してみると、考えていた砂の姿とは大きく異なる姿が見えたというものだった。

華やかな砂の写真、ほぼ99%が生物の死骸

画面には、ハニカム構造のように繰り返されるパターン、巻貝や貝の形、三脚のように尖った形、植物の茎のように細長い緑色の粒などが映し出された。出演陣は結論から言えば、ここにあるものはほぼ99%が生物の死骸であると説明した。あるものは貝殻が砕けた一部であり、海のプランクトンも完全にゼリーのようなものではなく、すべて骨格を持っているという。その骨格は大きく二種類に分けられ、その一つが珪酸塩(SiO4)、すなわちシリカの骨格であり、外骨格にも内骨格にもなり得る。

プランクトンが爆発的に繁栄した後に一斉に死ぬと、柔らかい部分はすべて分解され、骨格だけが残る。珪酸塩質の骨格を持つプランクトンが赤潮のように大量に繁栄して死んで積み重なると、その骨格で作られた岩石である珪藻岩、いわゆる珪藻土になる。ただし、出演陣は写真の中の粒が特定の種が大量に繁栄した結果には見えず、非常に多様な海洋浮遊生物や底生生物の痕跡であると指摘した。砂をそのまま掬って見てもこのような姿にはならず、顕微鏡で見ながら異なる形のものを長時間選び出し、種類別に一つずつ並べて撮った、多少の設定が加味された写真であるという説明だ。海辺や川辺の砂の間に生命体の骨格のようなものが混ざっていることはあり、このような生物は主に亜熱帯の海に多く生息すると付け加えた。

海雲台は石英、カリブ海はサンゴ…砂の色が異なる理由

韓国の砂を掬って顕微鏡で見るとどうなるだろうか。出演陣は、韓国の砂は主に鉱物であると答えた。大きく見れば、陸上にあった岩石が風化と侵食を受けて次第に小さくなり、砂の粒の大きさになるという。砂には特別な定義があるわけではなく、大きさの概念であり、直径64マイクロメートルから2ミリメートルの間の物質を砂と呼ぶ。生物起源の砂もあり、火山から出た火山灰が砂の大きさであれば火山砕屑性砂と呼んでもよい。アイスランドの黒い砂は玄武岩成分の火山灰であるという説明も出た。

よく白砂と呼ばれる海雲台の海岸が白い理由も紹介された。陸上の岩石は主に花崗岩であり、花崗岩を構成する鉱物は石英、長石、雲母だ。黒雲母は黒色、長石は不透明で黄色味を帯びた色を呈し、石英は透明で白く明るい。雲母と長石は風化に非常に脆弱で、機械的に壊れやすく化学的にも容易に分解されるため、川の流れに乗って流れてくると、最後に生き残るのは石英である。この石英が集まると、白く輝く白砂の海岸になる。

カリブ海の海岸がとりわけ白いのは、赤道付近の非常に暖かい海であり、生物生産性が非常に高いためである。石灰質の骨格を持つプランクトンやサンゴが多く作られ、サンゴが死んで波に砕かれた遺骸が砂になり、石英でできた海雲台の白砂よりも白い海水浴場になる。極端な対照は済州島の牛島で見ることができる。牛島には、火山爆発で作られた黒色の玄武岩質火山灰が波に削られて積み重なったコムモルレ海岸と、韓国で見ることができる最も白い海である紅藻団塊海岸が一つの島の中にある。紅藻は海の中の炭酸カルシウムを吸収して構造物を作り、そこに付着して生きており、豆のような小石や小さな砂のような粒を作り、この粒が炭酸カルシウム、すなわち石灰でできているため白いのだという説明だ。

転ぶ時に腕を振ると体が前に傾く

二番目の質問は、夏のMT（合宿）映像から出た。最も弱体と見なされていた物理学者のキム・ボムジュン教授が、腕で押し出す競技で1位になったのだが、ほぼ転ぶ瞬間に腕を猛烈に振ることで、転ぶ時間をかなり遅らせたというのだ。腕を振ることが物理学的に効果があるのかという問いに対し、出演陣は物理学で言う「角運動量保存」で説明した。

例として挙げられたのはドローンと回転椅子だ。プロペラが4つあるドローンは、2つずつペアになって反対方向に回る。すべて同じ方向に回ると、ドローンの機体自体が反対方向に回ってしまうからだ。プロペラが上に1つあるヘリコプターは、補助プロペラを利用して方向が横に逸れるのを防ぐ。回転椅子に座って足を床から離した後、体を勢いよく回すと椅子が逆に回るのも同じ原理だ。後ろに転ぶ時に腕を振ると、腕が回る方向とは反対に体が回らなければならず、その結果、体が前に傾くという説明だ。出演陣は、その瞬間、本能的に体がそれを知って動くという点が不思議だと言った。

この時、腕は速度を徐々に上げながら回さなければならず、加速が重要だという。転ぶのを防ぐには、腕が長く、拳が重い人が有利だ。角運動量は、回転中心から回転するものまでの距離が遠く、速く回るほど大きくなるからだ。非常に速く回せば、転ばずに傾いた状態を維持できるのかという質問には、重力によって転がる回転に勝てる程度でなければならず、実際には容易ではないだろうという答えが出た。

ヒューマノイドロボットと走り幅跳びにも見える原理

この原理を研究している人々は、小さなロボットを作って転びそうになった時に腕をモーターで回させたところ、ロボットが再び立ち上がったという。最近のヒューマノイドロボットを作る際も、以前は可能な限り安定的に作ろうとしていたが、今はバランスを崩そうとする時に人間が行う動作を学んで、その方向に動くようにさせるという話が出た。腕を動かせなくしたロボットがよく転ぶという実験もあり、人間も腕を縛っておくと、重心が少し揺れただけでも転ぶ可能性が高くなるという。ビルとビルの間に綱を張って綱渡りをする人々が常に長い棒を持つのも、棒が長いほど有利だからだという説明だ。

走り幅跳びにおいても腕の動きが現れる。選手たちは最初に跳る時は手を前にし、着地する時は手を後ろにする。重い拳を後ろに送っても体の重心は同じだが、足は前に進むことができるため、着地する選手たちは可能な限り腕を後ろにすることで、足が前に出るのだという。出演陣は、0.数秒を争う運動選手にとっては、このような姿勢の一つ一つがかなりの影響を与え得ると語った。