三畳紀-ジュラ紀移行期における大陸風化と地表流の還元条件に関する研究

学術的背景

三畳紀-ジュラ紀移行期（Triassic-Jurassic Transition, TJT）は、地球史上の大規模な生物絶滅イベントであり、三畳紀末大量絶滅（End-Triassic Extinction, ETE）として知られています。この絶滅イベントは、海洋および陸地の生態系における生物多様性の大幅な減少を引き起こし、その主なトリガーは中央大西洋マグマティックプロヴィンス（Central Atlantic Magmatic Province, CAMP）の火山活動と考えられています。CAMPの噴火は、地球規模の気候変動を引き起こすだけでなく、大陸風化の強度を著しく増加させ、陸地の酸化還元条件を変化させました。しかし、この時期の大陸風化の強度と地表流の酸化還元条件の具体的な変化については、学界ではまだ完全には理解されていません。

この研究の空白を埋めるため、著者らは高緯度および中低緯度地域の地層断面を分析し、鉄（Fe）と亜鉛（Zn）の同位体データを組み合わせて、ETE-TJT期間における大陸風化の強化および地表流の還元条件を探求しました。この研究は、地球史上の大規模な環境変化を理解するだけでなく、現代の気候変動と生態系の応答に関する重要な知見を提供します。

論文の出典

本論文は、Ruoqi Wan、Chengshuai Yuan、Sheng-Ao Liu、Linhao Fang、Jun Shen、Xiaomei Wangによって共同執筆されました。著者らは、中国地質大学（北京）地質過程与鉱産資源国家重点実験室、中国石油勘探開発研究院、中国石油大学（北京）石油資源与工程国家重点実験室、および中国地質大学（武漢）地質過程与鉱産資源国家重点実験室に所属しています。論文は2024年10月17日に『Geology』誌にオンライン掲載され、DOIは10.1130/G52551.1です。

研究のプロセスと結果

研究のプロセス

1. サンプル採取と地層分析
   研究では、高緯度の郝家溝断面（Haojiagou Section, HJG）と中低緯度の七里峡断面（Qilixia Section, QLX）の2つの地層断面を選びました。これらの断面は、中国北西部のジュンガル盆地と南西部の四川盆地に位置しています。これらの断面の地層を詳細に記述し、年代学的分析を行うことで、ETE-TJT移行期の地層位置を特定しました。

2. 同位体と化学風化指数の分析
   研究者らは、採取した堆積岩サンプルに対して鉄（δ56Fe）と亜鉛（δ66Zn）の同位体分析を行い、化学風化指数（Chemical Index of Alteration, CIA）と組み合わせて総合的に研究しました。CIAは化学風化の強度を示す指標であり、値が高いほど風化作用が強いことを示します。

3. 多環芳香族炭化水素（PAHs）の分析
   地表流の還元条件をさらに探るため、研究者らはサンプル中の多環芳香族炭化水素（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs）を分析しました。PAHsは山火事の燃焼生成物であり、その含有量の変化は山火事活動の強度を反映します。

主な結果

1. 鉄と亜鉛同位体の変化
   研究結果によると、ETE-TJT期間中、両断面のδ56Fe値は著しい正の偏移を示し、鉄同位体の分別が強化されたことを示しています。一方、δ66Zn値はHJG断面では減少し、QLX断面では大きな変動を示しました。これらの同位体変化はCIA値の増加と同期しており、ETE-TJT期間中に大陸風化の強度が著しく増加したことを示しています。

2. 化学風化指数の変化
   CIA値はETE-TJT期間中に著しく上昇し、特にHJG断面の第43-49層およびQLX断面の第15-18層で顕著でした。CIA値の増加はδ56Feの正の偏移と正の相関を示しており、風化作用の強化に伴い地表流の酸化還元条件が変化したことを示しています。

3. 多環芳香族炭化水素の変化
   研究では、δ56Feの正の偏移とPAHs含有量の増加が正の相関を示すことも明らかになりました。特にTJT期間中、PAHsの含有量は著しく増加し、この時期に山火事活動がピークに達したことを示しています。山火事によって生成されたバイオチャー（biochar）は、微生物を介した鉄還元プロセスを通じて、地表流の還元条件をさらに強化した可能性があります。

結論と意義

1. 大陸風化の強化
   研究結果は、ETE-TJT期間中に大陸風化の強度が著しく増加したことを示しており、これはCAMP火山活動によって引き起こされた地球規模の気候温暖化と密接に関連しています。強化された風化作用は、地表流の化学組成を変化させただけでなく、地球規模の炭素循環にも影響を与えました。

2. 地表流の還元条件
   鉄同位体とPAHsの分析を通じて、研究者らはETE-TJT期間中に地表流の酸化還元条件が著しく変化したことを発見しました。山火事活動によって生成されたバイオチャーは、微生物を介した鉄還元プロセスを通じて、地表流の還元性をさらに強化しました。

3. 地球規模の環境変化への示唆
   この研究は、地球史上の大規模な環境変化を理解するための新たな証拠を提供し、特にCAMP火山活動が地球規模の気候と生態系に与えた影響を明らかにしました。さらに、研究結果は現代の気候変動と生態系の応答に関する重要な知見を提供します。

研究のハイライト

1. 多同位体の統合分析
   本研究は初めて鉄と亜鉛の同位体を化学風化指数と組み合わせ、ETE-TJT期間中の大陸風化と地表流の酸化還元条件の変化を包括的に明らかにしました。

2. 山火事活動の影響
   PAHsの分析を通じて、研究者らは初めて山火事活動と地表流の還元条件を関連付け、CAMP火山活動が陸地生態系に与えた深遠な影響を明らかにしました。

3. 地球規模の比較研究
   研究では高緯度と中低緯度の2つの断面を比較分析し、地球規模の環境変化研究に重要なデータを提供しました。

その他の価値ある情報

1. 微生物を介した鉄還元
   研究では、微生物が鉄還元プロセスにおいて果たす役割についても探求し、バイオチャーが電子供与体として鉄還元において重要な役割を果たすことを明らかにしました。

2. 炭素循環のフィードバックメカニズム
   PAHsとCIAの変化を分析することで、研究者らは山火事活動が地球規模の炭素循環に与えるフィードバックメカニズムをさらに探求し、地球史上の炭素循環変化を理解するための新たな視点を提供しました。

本研究は、学際的なアプローチを通じて、ETE-TJT期間中の大陸風化と地表流の酸化還元条件の変化を包括的に明らかにし、地球史上の大規模な環境変化を理解するための新たな証拠と視点を提供しました。