研究紹介- 海保 邦夫 -


恐竜やアンモナイト等の絶滅は”小惑星衝突により発生したすすによる気候変動”が原因だったー大量絶滅時のグローバル気候変動が明らかにー

【概要】
東北大学大学院理学研究科地学専攻の海保邦夫教授、気象庁気象研究所の大島長主任研究官らのグループは、約6600万年前に小惑星の地球への衝突により成層圏に放出されたすす(注1)が、地球規模の気候変動を引き起し、恐竜やアンモナイト等の絶滅を起こしたことを、有機分子分析と気候モデル計算により解明しました(図1)。大量絶滅時の地球規模の気候変動を詳細に解明したのは世界で初めてのことです。小惑星の地球への衝突から恐竜やアンモナイトの絶滅にいたるプロセスが見えて来たと言えます。
本研究の成果は平成28年7月14日(英国時間)付けで、Scientific Reports 誌に掲載されます。

【詳細な説明】
約6600万年前に小惑星の地球への衝突により地下から成層圏に放出されたすすが、地球規模の気候変動を引き起こし、恐竜やアンモナイトなどの絶滅を起こしたことが、有機分子分析と気候モデル計算により解明されました。小惑星衝突と白亜紀生物の絶滅事件の同時性により、小惑星衝突が恐竜やアンモナイトなどの絶滅を起こしたことはわかっていましたが、なぜ絶滅したのかのプロセスがよくわかっていませんでした。
隕石の衝突現場であるメキシコのユカタン半島(注2)では、有機物が堆積岩に濃集していました。海保邦夫教授らの研究グループは、小惑星衝突時にハイチとスペインの海底に堆積した堆積岩中の有機分子を分析し、すすを形成する有機分子が異常に多いことと、また、有機分子はユカタン半島の地下に存在した有機物が衝突により燃焼し放出されたすすであることを明らかにしました。
成層圏に放出されたすすは地球全体に拡散し、数年間成層圏中に浮遊することで、太陽光を効率的に吸収し、地上に到達する太陽光を減少させます。海保教授が成層圏に放出されたすすの量を推算し、気象庁気象研究所の大島主任研究官らのエアロゾル(注3)・気候研究グループが同研究所の気候モデルによる計算を実施し、得られた変化量から海保教授が白亜紀末の値を求めることで、成層圏すすエアロゾルによる大気や海洋などの気候変動を復元したところ、今迄の恐竜絶滅のシナリオとは全く違う結果が得られました。これまでは、衝突の冬といわれる寒冷化が原因とされてきましたが、低緯度は恐竜が棲める気温であることがわかりました。しかし、降水量が砂漠並みであり、陸上植物が枯れ、食物連鎖的に絶滅、海は光合成帯が縮小、その後、海は水温低下が起き、アンモナイトが絶滅に追い込まれたと考えられます。ワニやイカなどの生き残りや一部のアンモナイトの絶滅の遅れの理由もわかりました。

【今後の展望】
海保教授らは、別の時代の大量絶滅についても同様の研究を進めていますので、気候変動と生物の大量絶滅の関係が、他の時代についても明らかになることが期待されます。

URLwww.nature.com/articles/srep28427, DOI: srep28427


ペルム紀末の史上最大の大量絶滅の研究

ペルム紀末の史上最大の大量絶滅の原因は不明であるので、堆積物の多種の化学分析を行なった。中国(煤山(メイシャン))とヨーロッパの2地点(ハンガリーと北イタリア)と日本の深海堆積物の試料について、バイオマーカー分析と硫黄同位体比を行い、ペルム紀末の大量絶滅直前に海洋貧酸素環境が発達したことを明らかにした。さらに、ペルム紀末の大量絶滅と同時に硫酸塩硫黄同位体比の減少が起きたことを、これら4地点で明らかにした。硫酸塩硫黄同位体比の減少は、海洋貧酸素環境によって、海洋深層で形成された硫化水素が大量に海洋表層または大気に放出された可能性が高いことを意味する (Kaiho et al., 2006b, c, 2012)。


暁新世/始新世境界の極端温暖化期の有孔虫

暁新世/始新世境界の極端温暖化期に深海有孔虫は小さく、表層水有孔虫は大きかった。
暁新世/始新世境界の極端温暖化期に、中央太平洋熱帯域にあったシャツキーライズで、深層水底生有孔虫と中層水浮遊性有孔虫の殻サイズは、極小になったが、表層水浮遊性有孔虫の殻サイズは、極大になった。前者は、底生有孔虫溶存酸素指標の極小と同時であり、溶存酸素低下が原因と考えられる。後者の原因は、温暖化による表層への栄養塩供給の減少ではないか。(Kaiho, Takeda, Petrizzo, and Zachos, 2006)


小天体衝突起源の成層圏ダストが生命環境システムに及ぼした影響の評価

成層圏硫酸エアロゾルが大量に発生すると太陽光をほとんど反射し、光が地上にほとんど届かなくなり、生物の大量絶滅が起こると考えられている。このような状態を最も作りやすいのは、小天体衝突であるので、小天体衝突シミュレーションと衝突実験を行い、成層圏硫酸エアロゾル量を求めた。直径10 kmと20 kmの小惑星と10 kmの彗星の地球の海洋への衝突により生成する硫酸エアロゾルの量は、大量絶滅を起こすには少なすぎ、さらに大きな衝突か、硫黄が濃集した場所への衝突が必要であることがわかった。また、成層圏硫酸エアロゾルによる太陽光反射後の晴れ上がり時の紫外線量増加現象が、衝突の数年後に起こることを計算により明らかにし、それが陸上生物の絶滅に寄与した可能性を示した。(海保、阿部、斎藤、石田、浅野、高山; Ishida et al., 2007)


白亜紀セノマニアン期/チューロニアン期境界の海洋貧酸素事変の研究

北スペイン(メノヨ)の白亜紀セノマニアン期/チューロニアン期(C/T)境界において、バイオマーカー分析から、底生有孔虫の絶滅層準と同時に海洋貧酸素環境が発達したことを示した。


白亜紀/第三紀境界の大量絶滅の研究

南スペイン(カラバカ)の白亜紀古第三紀境界において、浮遊性有孔虫同様、石灰質ナノプランクトンも境界で急激に絶滅を起こしていることを明らかにした (Lamolda et al., 2005)。同じ試料のバイオマーカー分析を行い、陸源物質の海への供給量が白亜紀/第三紀境界で極端に増加したことを示した (Arinobu et al., 2005)。


暁新世/始新世境界の極端温暖化期の底生有孔虫

暁新世/始新世境界の極端温暖化期に、深層水底生有孔虫は特有の群集組成だった。
中央太平洋熱帯域にあったシャツキーライズで、暁新世/始新世境界の深層水底生有孔虫の絶滅事変の直後の約10万年間の極端温暖化期に、深層水底生有孔虫は、小さく、殻が薄い群集になっていた。(Takeda, Kaiho)
   
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