地球の質量は不変ですか？

質問

地球の質量は不変ですか？

ちょっと疑問に思ったことがあります。
地球とそこに存在するあらゆる物質やら生物やらをあわせた質量（総量・重量でもいいです）は絶対に変化しないのでしょうか？
※私はこの質問に関するあらゆる知識がありません。文系人間ですし、もう学校で習ったことなんて大半忘れています。
　その上で質問させて頂きますのでおかしなことを言っているかもしれません。
　また、カテゴリーが誤っていましたら申し訳ありません。

例えば私が100グラムのハンバーガーを食べたとして、10グラムは体重になって90グラムは排泄されると思います。
例えばコップにためた100グラムの水が蒸発したとしてもどこかで雨として降り注ぐと思います。

ですが、
例えばゴミを燃やして灰にしたとします。
10キログラムの木のタンスを灰にすればきっと数十グラムの灰になると思います。10キログラムの灰にはなりませんよね？
この時減ってしまった9キログラムちょいは純粋に地球上から消失してしまっているのですか？
例えばハンバーガーを食べて10グラム増えた体重を運動することで減らしたとするとその10グラムの質量は地球上から消失してしまっているのでしょうか。

また、
例えば生物は繁殖しますよね。
例えば植物は種子をばらまいて増えていきますよね。
これは地球上に存在する質量の純増ということになるのですか？

質問の要約ですが、
「誕生時の地球」の質量を測ったときにその質量が100だとして、
大量の生物が蔓延る「今現在の地球」の質量を測ったときにその質量は100なのでしょうか？

生物や植物は増え続けますから、私は「今現在の地球」の質量は100ではなく200とか1000なのではないかと思います。

もしそうだとすると100から200あるいは1000に質量が純増したことになります。
一体どうして100しかないものが200あるいは1000に増えるのでしょうか？

物質が変化するには気体・固体・液体なんでも良いですが、何かしらが必要なはずです。
元々100であるものが何の干渉も受けずに変化するとは思えません。

地球外からなんらかの干渉（太陽光とか？隕石とか？）があるのはわかるのですが、それにしたって大した影響があるとは思えません。

くだらない質問ですがふいに疑問に思ってしまいました。
よろしくお願いします。

回答No.10

kagakusuki · ベストアンサー

ANo.9様、質量の増減を問題にする場合には、エネルギーの発生機構は関係御座いません。
　アインシュタインの特殊相対性理論から導き出された結論に拠りますと、質量とエネルギーは等価（同じもの）であり、エネルギーの発生とは即ち、質量がエネルギーに転換する現象の事なのです。
（そもそも核エネルギーの利用も、この結論を根拠に始められたものです）
　例えば、電池に電熱線を繋ぎますと、電池の持つ化学的エネルギーが、一旦、電気的エネルギーに変わってから、電熱線で熱エネルギーとなりますが、この時もエネルギーを放出した電池は、計測出来ない程僅かではありますが、軽くなります。
　そして、その時発生した熱エネルギーを受け取って温度が上昇した、周囲の物質は、エネルギーが増加しますから、その分質量が増加します。
　もし、この時、周囲の物質から熱が逃げないように、魔法瓶の様なものの中に電熱線を収めていたならば、エネルギーが魔法瓶の外には漏れないため、電池が失った質量に等しい量だけ、魔法瓶内の物質の質量が増加します。

　これと同様に、太陽内部で起きた核融合反応により減少した質量は、その大半が光のエネルギーとして太陽から放出され、その極一部が植物の光合成によって、化学的エネルギーの形で蓄えられます。
　太陽が失った「質量＝エネルギー」を地球の植物が蓄えると言う事は、植物の働きにより、地球の質量が増加する事を意味します。
　もし、光合成では質量が増えないとすると、質量が消滅した事になり、質量・エネルギー保存の法則に反している事になります。

回答No.14

kagakusuki

>固定と放出がほぼ平衡状態にありますから、地下などに蓄積されるごくごく一部を除くと、短期間の固定エネルギー変動には寄与しません。

　短期的には平衡していますが、地上や海中に棲む生物の肉体の大部分は、太陽エネルギーを固定する事により作られたものですから、生物が存在して居なかった初期の地球と比較した場合には、地球に固定されたエネルギーは、現在存在している生物の肉体（死骸も含む）に蓄えられているエネルギーの分だけ、増加した事になりますから、固定エネルギーの変動には寄与しています。

>わずかな埋没固定分が数億年にわたってやっと質量1000トン程度のエネルギーになっていると言えます。

　ANo.8で述べました約1061トンという値は、石炭の推定総埋蔵量に基づいて計算したものです。
　ですから、石炭以外の埋没固定分も含めれば、より大きな値となる筈です。
　但し、石油の大部分は、生物起源なのか、それとも地球内部で作られたものなのか不明ですし、天然ガスは生物起源のものと非生物起源のものが混ざり合っていますから、データ不足のため、生物起源の化石エネルギーの総量を計算する事は出来ませんでした。

　又、現在の地熱のエネルギーの大部分は、放射性物質の崩壊熱がエネルギー源となっていると考えられていますが、誕生したばかりの頃の地球では、微惑星（隕石のようなもの）の衝突時に、微惑星の運動エネルギーが熱に転換される事で、地球の表面がマグマで覆われる程の高温となっていました。
　ですから、誕生当時の地球が放出する地熱エネルギーの多くは、隕石のエネルギーが起源となっていたと考えられ、放射性物質の崩壊エネルギーだけではありませんでした。
　又、地表の温度や大気の組成は、地球誕生時から変化して来ましたから、時代によって、地球が宇宙に放出する熱エネルギーも複雑に変化するため、単純計算では、放出された地熱エネルギーの総量を求める事は出来ません。

回答No.13

kv2007

そういう意味なら了解です。申し訳ありません。

ただ、光合成による固定エネルギーは短期間に腐敗などで再度放出され、固定と放出がほぼ平衡状態にありますから、地下などに蓄積されるごくごく一部を除くと、短期間の固定エネルギー変動には寄与しません。わずかな埋没固定分が数億年にわたってやっと質量1000トン程度のエネルギーになっていると言えます。
また、地球誕生以来、地球内部からの崩壊熱などこれまでに宇宙に放出したエネルギー総量は、10の30乗ジュール以上ですので、生物活動によるエネルギー固定量とは桁違いに大きくなります。

回答No.12

kagakusuki

>質量変化が無視できない強い相互作用と無視できる化学反応などの区別がついていませんね。

　区別を付ける必要は御座いません。
　というよりも、区別を付けるのは間違いです。
　質量変化を伴うのは、強い相互作用に特有の現象では御座いません。

　化学反応などにおいて質量変化を無視出来るのは、あくまで反応に関わった物質の質量と比較すれば、変化した質量は微々たるものに過ぎないからです。
　しかし、「塵も積もれば山となる」という言葉もある様に、何千億トンという莫大な量の物質が関わる化学反応の場合、トン単位で計る事が出来る程度の、「全体の質量から比べれば極めて僅かな量の」質量変化はあるというだけの話です。
　その事は、以下のURLのページにも記述があります。

【参考URL】
　E=mc・ - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/E%3Dmc%C2%B2

　尚、上記のURLのページの記述には、一部語弊があり、質量が消失すると記されていますが、正確には、質量が消滅する事はなく、反応に関わった物質の質量の減少分は、エネルギーとして放出されるのですが、エネルギーは質量と等価であり、エネルギーの形のままでも質量として計測されますから、物質とエネルギーを合わせた総質量は変化しません。
　変化するのはあくまでも「物質の」質量に過ぎません。

回答No.11

kv2007

うーん、質量変化が無視できない強い相互作用と無視できる化学反応などの区別がついていませんね。
エネルギーは全部強い相互作用による質量への変換が為されるわけではないってだけの話ですよ。受け取ったエネルギーを質量に換算すればこれだけの質量になるってことと、エネルギーがすべて質量に変換されることとは違う話です。

回答No.9

kv2007

No.8さん。
石炭など光合成によるエネルギー蓄積は化学反応によるものなので質量は変わりませんよ。
崩壊熱のエネルギー発生機構と化学反応エネルギー発生機構は同じではありません。

回答No.8

kagakusuki

回答番号:ANo.2,7です。
　核反応によって発生したエネルギーに限らず、全てのエネルギーは質量と同じものですから、地球に出入りするエネルギーがあれば、その分、地球の質量も変わります。
　地球の内部は高温であり、その熱は、熱伝導によって地面や海水の温度を上昇させたり、火山活動等によって、地表に現れ、地表から赤外線となって宇宙空間に向かって放射されます。
　そのエネルギー量は、以下のサイトに拠りますと、1秒間に45兆ジュールにもなるそうです。

【参考URL】
　地熱 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E7%86%B1#.E5.9C.B0.E8.A1.A8.E3.81.B8.E3.81.AE.E7.86.B1.E3.81.AE.E4.BC.9D.E9.81.94

　これによる地球の質量の減少分は、計算しますと1年間に約15.8トンになります。

　太陽光のエネルギーは、その大部分が熱に変わり、遠赤外線として宇宙空間に放射されますから、プラスマイナス０に近いため、その大半は質量の変化には寄与しませんが、植物の光合成によって、生物の身体や死骸に蓄えられたエネルギーは、地球上に一時的に留まります。
　（地下深くの岩の隙間や海底の熱水鉱床付近を除く）地上と海洋等の地球に棲む生物の殆どは、植物が光合成で蓄えたエネルギーを利用して身体を作り上げていますから、全ての生物の身体を燃やした時に発生するエネルギーは、太陽光線のエネルギーを、地球に留めたものだと言えます。（その分地球が重くなる）
　そのエネルギー量は、以下のサイトに拠りますと、24～48ZJ（ゼタジュール）以上になると見積もられている様です。

【参考URL】
　3.2.3　再生可能エネルギーとしてのバイオエネルギー
　　http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/stfc/stt009j/feature2.html#3-2-3

　これを、質量に換算しますと、約267～534トンになります。
　又、石炭は樹木が化石になったものですから、そのエネルギーもまた、太陽光線のエネルギーを、地球に留めたものだと言えます。
　以下のサイトに拠りますと、石炭の総埋蔵量は、採算性がないため資源として利用出来ない分も含めると、3.4兆トンと見積もられている様です。

【参考URL】
　亜細亜が好き！ > 徒然なるままに > No.25 化石燃料の埋蔵量
　　http://www.geocities.jp/msakurakoji/900Note/25.htm

　石炭の発熱量にはばらつきがありますから、一概には言えませんが、以下のサイトに掲載されている約６７００ｋcal/ｋｇという値を採用しますと、石炭に蓄えられているエネルギーの総量は、約95ZJになります。

【参考URL】
　やまよ商事株式会社 > 石炭 > 石炭とは
　　http://www6.ocn.ne.jp/~yamayo51/sekitan2.html

　これを、質量に換算しますと、約1061トンになります。

回答No.7

kagakusuki

回答番号:ANo.2です。
　原子炉内で起きる核反応時の質量欠損に関して触れている回答がある様なので、補足させて頂きます。
　現在、実用可能な核エネルギーは、熱核爆弾を除けば、全て核分裂反応によるものです。
　当然、原子力発電所で使われている原子炉も、核分裂炉だけであり、核融合炉ではありません。
　核反応に限らず、エネルギーを発生する現象の全ては、質量の一部がエネルギーとして放出されるため、エネルギー発生前の質量と比較して、エネルギー発生後の質量は軽くなるのですが、化学反応等では減少する質量が微量過ぎて計測不能なため、実際的には核反応以外では、エネルギー発生時の質量欠損は無視されます。
　エネルギーと質量は同じものですから、放出されたエネルギーもまた質量であり（エネルギーが質量を持っている様なものです）、その質量は核反応時に失われた質量に等しくなります。
　原子力発電所で発生したエネルギーが、もしも地球に留まっているならば、核反応で失われた質量も地球に留まっている事になりますから、地球の質量は変わらない事になりますが、実際にはそうはなりません。
　原子力発電所で発生したエネルギーの一部はアルミニウムの精錬等の様に、エネルギーの高い物質に蓄えられる場合もありますが、大部分は最終的には熱になります。
　この熱は、遠赤外線となって地面から宇宙空間に向かって放射され、地球から放出されますから、結局は核反応時に欠損した質量は、地球上から失われます。
　以下のサイトに拠りますと、世界中の原子力発電所が供給した電力は、約2兆6259億kWhだという事です。

【参考URL】
　？を！にするエネルギー講座 > やさしいエネルギー解説集 > ３）原子力発電の状況 > ◇ 世界の原子力発電の状況
　　http://www.iae.or.jp/energyinfo/energydata/data3030.html

　このエネルギーの単位をジュールに直しますと、約945京ジュールになりますが、原子力発電の熱効率は30％程度らしいので、電力にはならずに熱として放出された分も含めますと、約3151京ジュールになります。
　これを質量に換算しますと、これまでに原子力発電所でエネルギーに変化した総質量は、約351キログラムになります。

回答No.6

ultraCS

アポロ宇宙船の場合、月着陸船が15tまるごと、機械船は25tのうち、燃料分のほとんどが地球の重力圏に戻ってきていません。その他の宇宙計画でも、月や惑星ミッションの場合は、結構な質量が地球の重力圏に戻っていませんから、その分は隕石や彗星からの氷塊などによる増加から差し引いてください。そういう意味では、最近は質量増加のペースが落ちているかも、純粋に地球から失われた質量はこれくらいだと思います。

他に巨大隕石の衝突に伴って近くの一部が重力圏外に吹き飛ばされた(月や火星ではある)可能性はありますが、このときはくっつく隕石が圧倒的に大きいので

回答No.5

MVX250F001

化学で習ったはずですよ

質量保存の法則

木を燃やすと灰になって軽くなりますが、減った質量は二酸化炭素などの気体に変わっただけで、燃焼前と後では物は変化しても質量は変化しません

ありとあらゆる化学変化で質量は全く変わりません

地球上でどのような化学反応が起こっていても質量は変わらないのです

太陽光は質量がないので、どんなに浴びようが地球の質量は変わりません

隕石や宇宙塵は確実に地球の質量を増やしています

でも年間100トン程度です
1万年でも100万トンしか増えません

地球の質量から見ると微々たる量です

体重60kgの人が、0.000000000001g太ったようなものです

塵が積もっても山にはなりません

もっとも、45億年くらい前は、このような塵が集まって地球になりましたが

回答No.4

SortaNerd

既に回答のあるように、地球外とのやり取りを除けば変化はありません。

なおNo1さんが「原子力発電所による核融合の減少を除いたり」とおっしゃっていますが、原発で減った質量は熱と電気のエネルギーになります。エネルギーは質量と等価ですので、ここにおいても地球の質量は変化していません。