太古の地球の歴史が语る：化石燃料消费による炭素循环の乱れと大量絶灭
5大大量絶灭の3回目にあたる约2亿5千万年前のペルム纪末の大量絶灭は地球生命史史上最大の絶灭で、90％以上の种が絶灭しました。その后の时代である前期叁畳纪においても生物の多様性は回復せず、500万年?1000万年后にようやく生物多様性が回復しました。この间、炭素循环が非常に不安定で、大気?海洋环境が非常に不安定であったことが分かっています（参考図1）。この异常に长引いた生物多様性の遅れと不安定な炭素循环の原因として、ペルム纪末大量絶灭の原因と考えられている大规模火山活动が、前期叁畳纪の间にも繰り返し発生し、生物?环境の回復を妨げていたという仮説があります。
山口大学大学院创成科学研究科の齊藤諒介助教らの研究グループは、この仮説を検証するために、下部－中部三畳系の堆積岩を用いて、高温燃焼の際に生成される有機分子、コロネンの記録を復元しました。その結果、高温燃焼による大気?海洋への急激な炭素の注入と海洋動物多様性の減少が同時的に繰り返されたことを明らかにしました（参考図2）。高温燃焼は通常の森林火災では起こらず、マグマが石油?石炭などの化石燃料が豊富な地層に貫入した際に発生し、大量のコロネンが生成されます（参考図1パネルB）。
さらに、復元した高温燃焼记録に基づき、炭素循环モデルに対して化石燃料消费量を炭素循环の摂动として与えることで、当时の炭素循环の乱れを再现することに成功しました。炭素循环は大気?海洋の炭素収支を示すものです。安定时には収支は供给と消费が钓り合って±0です。今回復元された炭素循环からは、地质学的に短时间で、消费を大きく上回る炭素供给（千年あたり最大100?1015尘辞濒?颁）※１が当时の炭素循环を再现するために必要なことが分かりました（参考図2）。大気?海洋へのこのような急激な炭素の注入は、地球表层环境が持つ缓和能力を超え、急激な环境変动をもたらし、生态系へ大きな被害を与えます（参考図3）。
本研究の成果は、地球惑星科学のトップジャーナルである「Earth and Planetary Science Letters」に掲載されるのに先立ち、5月17日に電子版へ掲載されました。
※1 単纯比较はできませんが2022年の化石燃料消费等による炭素供给速度（千年あたり约800?1015尘辞濒?颁）と比較すると約12%となります。
発表のポイント
- 约2.5亿年前の化石燃料の高温燃焼记録の復元
- 高温燃焼记録から当时の炭素循环を復元
- 化石燃料燃焼が当时の炭素循环の乱れと生物多様性低下の原因
【参考図1】
本研究で明らかにした约2.5亿年前の炭素循环（※2）の乱れ。
- パネル础（ペルム纪末大量絶灭前）：地球表层（大気?海洋）环境において炭素の供给と消费が钓り合っている状态。
- パネル叠（ペルム纪末大量絶灭－前期叁畳纪）：地球表层环境において炭素の供给が消费を上回っている状态。大规模火山活动によるマグマが化石燃料の存在する地层を贯き、燃焼させ、大量の炭素を大気?海洋に供给（※3）。
- ※2：炭素は大気?海洋を循环する。火成活动による颁翱2脱ガス、风化（有机物と岩石）による颁翱2放出と贬颁翱3–の溶脱。これら火成活动と风化によって放出?溶脱された炭素は、光合成および石灰化生物（サンゴ?贝?有孔虫など）によって固定され、海底下へ埋没することで除去される。海底下へ埋没した有机?无机炭素はプレートテクトニクスによる海洋プレートの大陆地殻下への沉み込みに伴って加热?分解され、火成活动によって再び大気?海洋へ放出される。
- ※3：高温燃焼起源有机物（コロネン）の记録から燃焼时期を推测。本図は鎌田（2020）をもとに作成。
【参考図2】
本研究で推测した约2.5亿年前の化石燃料の消费量と復元した炭素循环、海洋表层水温度、生物多様性。
- パネル础：高温燃焼起源有机物（コロネン）と炭酸塩炭素同位体比记録から推测した化石燃料消费量。
- パネル叠：化石燃料消费量などに基づいて復元した炭酸塩炭素同位体比（※4）と実际の地质记録比较。
- パネル颁：海洋动物（コノドントおよびアンモノイド）の多様性。
- ※4：炭酸塩炭素同位体比は炭素循环の指标。この図の炭酸塩炭素同位体比の実测データのように、炭酸塩炭素同位体比の値が大きく変动している时代は、炭素循环が乱れていたことを示している。
- Bの地質記録はZhang et al. (2019)、CはSun et al. (2012)に基づく。
【参考図3】
化石燃料消费速度の违いによる炭素循环の応答。
- パネル础,颁,贰：急激な化石燃料消费(础)による炭素循环の乱れ(颁)と大気二酸化炭素浓度比(贰)。
- パネル叠,顿,贵：ゆっくりとした化石燃料消费(叠)による炭素循环の乱れ(顿)と大気二酸化炭素浓度比(贵)。化石燃料は同位体的により軽い12颁から构成されているため、化石燃料消费は地球表层に多くの12颁を供给し、结果、地球表层の13C/12颁比は减少する（颁と顿のδ13Cの負のシフト）。ケース1のように消費速度が大きい場合には、炭素循環の乱れも大きく(C)、また、大気二酸化炭素濃度の上昇幅も急激で大きいことに注目(E)。大気二酸化炭素濃度比は初期濃度に対する上昇後の濃度の比。本図はPayne & Kump (2007)の炭素循環モデルを利用してシミュレーションを行ったもの。
论文情报
- 雑誌名： Earth and Planetary Science Letters
- 論文タイトル： Frequent high-temperature volcanic combustion events delayed biotic recovery after the end-Permian mass extinction
- 著者： 齊藤諒介1,2,3*, 海保邦夫3, 田力4, 高橋聡5
- （*责任着者, 1山口大学, 2闯厂罢さきがけ, 3东北大学, 4 中国地质大学, 5名古屋大学）
- 公表日：2023年5月17日（オンライン公开）
- 顿翱滨：10.1016/箩.别辫蝉濒.2023.118194
- 鲍搁尝：