中国北部と南部におけるペルム紀末期の陸地危機の非同期性

ペルム紀-三畳紀境界における陸上生態系の危機

学術的背景

ペルム紀-三畳紀境界(約2億5200万年前)は、地球史上最も深刻な生物大量絶滅イベントの一つであり、海洋生態系に壊滅的な打撃を与えただけでなく、陸上生態系にも深い影響を及ぼしました。科学者たちは、このイベントがシベリア・トラップ大規模火成岩地域の大規模な火山活動に関連していると一般的に考えていますが、陸上生態系危機の具体的なメカニズムと時間的プロセスについては依然として多くの議論が残されています。特に、異なる地域での陸上生態系危機が同期して発生したかどうか、および気候変動がどのようにこれらの危機を引き起こしたかは、未解決の謎です。

これらの疑問に答えるため、中国地質大学、テキサス大学アーリントン校、リーズ大学、カナダ天然資源省などの研究チームは、中国北部と南部におけるペルム紀-三畳紀境界の陸上生態系危機の時空間的差異とその駆動メカニズムを明らかにするために、古生物学と地球化学の総合研究を実施しました。

論文の出典

「Diachronous end-Permian terrestrial crises in North and South China」と題されたこの論文は、Daoliang Chu、Haijun Song、Jacopo Dal Corsoらによって執筆され、2024年の『Geology』誌第53巻第1号に掲載されました。論文は2024年8月1日に提出され、9月3日に改訂され、9月13日に受理され、10月4日にオンライン公開されました。論文はオープンアクセス(Gold Open Access)形式で、CC-BYライセンスに基づいています。

研究のプロセス

1. 研究地域とサンプル収集

研究チームは、中国北部と南部の4つのペルム紀-三畳紀境界断面を研究対象として選定しました: - 北部地域:河南省大峪嶺断面(34.48504°N, 112.18245°E)と陝西省石川河断面(35.02917°N, 108.87833°E)、古緯度は約20°N。 - 南部地域:雲南省川河断面(26.13077°N, 104.35637°E)と貴州省岔河断面(26.72054°N, 103.82125°E)、古赤道付近に位置。

これらの断面は、孫家溝層、劉家溝層、宣威層、卡以頭層、東川層など、ペルム紀-三畳紀遷移期の異なる地層をカバーしています。研究チームは、層ごとに植物大化石、花粉化石、堆積物サンプルを収集し、詳細な古生物学および地球化学分析を行いました。

2. 実験方法

  • 植物化石と花粉分析:層ごとに植物大化石と花粉サンプルを収集し、植生タイプの変化を分析しました。花粉サンプルは酸浸法で抽出され、顕微鏡で同定されました。
  • 水銀(Hg)含有量測定:Lumex RA-915水銀分析計とPYRO-915+熱分解装置を使用して、堆積物中の水銀含有量を測定し、火山活動のシグナルを追跡しました。
  • 有機炭素同位体(δ13Corg)分析:波長分散型X線蛍光分析装置(XRF)を使用して、堆積物中の有機炭素同位体組成を測定し、炭素循環の変化を明らかにしました。
  • 気候シミュレーション:Community Climate System Model(CCSM 3.0)を使用して、研究地域の地表気温(SAT)と降水量の変化をシミュレーションし、気候変動が陸上生態系に及ぼす影響を探りました。

3. データ分析

研究チームは、異なる断面の植物化石、花粉、水銀含有量、有機炭素同位体データを比較し、気候シミュレーション結果と組み合わせることで、北部と南部の陸上生態系危機の時空間的差異とその駆動メカニズムを明らかにしました。

主な結果

1. 北部地域の陸上生態系危機

大峪嶺断面では、孫家溝層下部にPseudovoltzia-typeとUllmannia-typeの針葉樹を中心とした植物化石群集が発見されましたが、25.5メートル以上の地層では植物大化石は発見されませんでした。石川河断面の孫家溝層下部では豊富な生痕化石が発見されましたが、30メートル以上の地層では生痕化石は全く見つかりませんでした。これらの結果は、北部地域の陸上生態系危機が有機炭素同位体負偏移(NCIE)の前に始まったことを示しており、その時期は約252.21 ± 0.15百万年前と推定されます。

2. 南部地域の陸上生態系危機

川河断面では、宣威層にGigantopterisを中心とした熱帯雨林植生が発見されましたが、卡以頭層底部では、小型のPeltaspermとLycophyteを中心とした単調な植生に変化しました。同時に、花粉群集では三縫胞子(Trilete spores)が減少し、無紋二嚢花粉(Non-striate bisaccate pollen)が著しく増加し、気候が湿潤から季節的な乾燥へと変化したことを示しています。岔河断面では植生の多様性が著しく減少し、同時に炭屑含有量が急増し、野火活動が頻繁に発生したことを示しています。

3. 気候シミュレーション結果

CCSM 3.0のシミュレーション結果によると、北部地域ではペルム紀-三畳紀境界において年平均気温が8-10°C上昇し、最高気温は42°Cを超え、降水量の季節性が増し、乾燥期が長くなりました。南部地域では年平均気温が6-7°C上昇し、最高気温は約38°Cで、降水量の季節性も著しく増加しました。これらの極端な気候条件は、植生と動物群集に深刻な圧力をかけ、生態系の崩壊を引き起こしました。

結論

研究結果は、北部地域の陸上生態系危機が南部地域よりも約30万年早く発生したことを示しています。北部地域の危機は主に極端な高温と乾燥によって引き起こされ、南部地域の危機は季節的な降水量の増加と頻繁な野火活動に関連していました。これらの発見は、ペルム紀-三畳紀境界の陸上生態系危機が全球的に同期したイベントではなく、地域的な気候変動の累積によって引き起こされた全球的な絶滅であることを支持しています。

研究のハイライト

  1. 時空間的差異の解明:高解像度の地球化学および古生物学データを通じて、中国北部と南部におけるペルム紀-三畳紀境界の陸上生態系危機の時空間的差異を初めて明らかにしました。
  2. 気候駆動のメカニズム:気候シミュレーションと地質記録を組み合わせることで、極端な高温と季節的な降水量の増加が陸上生態系に及ぼす致命的な影響を解明しました。
  3. 全球的意義の推論:研究結果は、ペルム紀-三畳紀境界の陸上生態系危機が地域的な気候変動の累積によって引き起こされた全球的な絶滅であることを支持し、地球史上の重大な生物絶滅イベントを理解するための新たな視点を提供しました。

研究の価値

この研究は、ペルム紀-三畳紀境界の陸上生態系危機に対する理解を深めるだけでなく、現在の地球気候変動が生態系に及ぼす潜在的な影響を予測し、対応するための重要な参考資料を提供しています。極端な気候条件が生態系に及ぼす致命的な影響を明らかにすることで、気候変動に対処するための戦略を策定するための科学的根拠を提供しました。