Enhanced mercury accumulation links to terrestrial carbon mobilization during the PETM

地球を、巨大で呼吸する一つの家だと想像してみてください。時として、その家は熱を出して、温度が急上昇することがあります。科学者たちはこれらの「熱」をハイパーサーマル（超温暖期）と呼んでいますが、最も有名なものの一つが、約5600万年前に起きたPETM（始新世温暖化極大期）です。この時期、惑星は著しく高温になり、海洋は温まり、天候は荒れ狂いました。科学者たちの大きな謎は、常に「何が火をつけたのか？」という点でした。それは、地下深くからガスを噴き出す大規模な火山噴火だったのでしょうか。それとも、腐敗する森林や、古代の炭素を放出する氷の融解のように、地表で起きていることだったのでしょうか。

これを解決するために、科学者たちはしばしば岩石に残された「化学的な指紋」を探します。最も有用な指紋の一つが水銀です。水銀を、有機物（植物や土壌など）に付着して水と共に移動する、小さくて目に見えない染料のようなものだと考えてください。火山が噴火するとき、水銀は特定の「シグネチャー（署名）」を持つ形で放出されます。一方で、土壌や植物が水銀を放出するとき、そのシグネチャーは異なるものになります。古代の泥の中にどれくらいの水銀が含まれているかを測定し、そのシグネチャーをチェックすることで、科学者たちはその水銀が火山由来なのか、それとも陸地の浸食によるものなのかを判別できるのです。これが重要なのは、PETMの際に炭素がどこから来たのかを知ることで、今日、私たちが地球を温暖化させ続けている場合に、私たちの惑星がどのように反応するかをより正確に理解できるからです。

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偉大なる水銀捜査

この研究において、研究チームはニュージャージー州やメリーランド州の沖合にあるミッド・アトランティック・シェルフの泥の底へと、探偵のようなミッションに挑みました。彼らは地面深くを掘り進め、PETMの間に堆積した堆積物のコアを引き上げました。彼らの目的は何だったのでしょうか？ 泥の中の水銀が、火山爆発の物語を語っているのか、それとも陸地からの大規模な洗い出しの物語を語っているのかを見極めることでした。

彼らが見つけたのは、巨大な水銀のスパイク（急増）でした。PETMの間、泥に含まれる水銀の量は通常レベルの2倍から3倍に跳ね上がっていました。しかし、本当の手がかりは、単に水銀が「どれだけ」あったかではなく、「どのような種類」であったかでした。研究者たちは、水銀の「同位体シグネチャー」を測定するためのハイテクツールを使用しました。これは、水銀のDNAをチェックすることだと考えてください。

PETM以前、泥の中の水銀は正のシグネチャーを持っていました。これは通常、雨として空から降ってきた（湿性沈着）ことを意味します。しかし、PETMが始まった直後、そのシグネチャーは反転しました。急激に負のシグネチャーへと変わったのです。この負のサインは、地面から来る水銀の「指紋」です。具体的には、川によって洗い流された土壌、植物、そして古代の岩石によるものです。

この論文は、この水銀が火山由来であるという説に対して強く反論しています。火山性の水銀は通常、中立またはわずかに正のシグネチャーを持ちます。泥の中の水銀が負になったということは、著者たちの主張によれば、それは北アトランティック・イグニアス・プロビンス（PETMの原因としてしばしば疑われる大規模な火山領域）から来たものではないということです。むしろ、それは別の犯人を指し示しています。それは、陸地そのものです。

侵食のエンジン

では、この大量の土壌水銀を放出させた原因は何だったのでしょうか？ 論文は、地球があまりに熱くなったために、水循環が過剰に作動したことを示唆しています。雨ははるかに激しく降り、通常は土壌を繋ぎ止めている植生が死滅し始めました。これが、侵食のための完璧な嵐を作り出したのです。豪雨が大陸から膨大な量の表土や古代の堆積岩を洗い流し、それらを海へと投げ込みました。

水銀は土壌や有機物に付着することを好むため、侵食されたすべての土砂は、大量の水銀を共に運び込みました。研究者たちは、材料を特定するために「混合モデル」（一種のレシピ計算機のようなもの）を使用しました。彼らは、PETMの間の海洋における水銀の半分以上が、これらの陸上起源からもたらされたと推定しました。

炭素を数える

ここからが非常に興味深いところです。研究者たちは、どれだけの土壌水銀が海に流れ込んだかを知れば、それに伴ってどれだけの炭素が運ばれてきたかを推測できることに気づきました。土壌や古代の岩石には炭素が詰まっています。この炭素が海に流れ込み、酸素にさらされると、二酸化炭素（CO₂）に変化します。

水銀のデータに基づき、チームはどれほどの炭素が放出された可能性があるかを計算しました。彼らは不確実性を考慮して、3つの異なるシナリオを実行しました。

• 「受動的（Passive）」シナリオ： 約340〜395 Pg C（ペタグラムの炭素）が放出されたとする、低めの推定値。
• 「平均的（Average）」シナリオ： およそ1,400 Pg Cという、中間的な推定値。
• 「能動的（Active）」シナリオ： 最大で4,520 Pg Cに達する、高めの推定値。

論文は、平均的なシナリオの下では約1,400 Pg Cが放出され、最悪のシナリオでは4,520 Pg Cに達する可能性があると示唆しています。これを比較するために、PETMイベント全体の全期間における炭素放出量は、約10,200 Pg Cと推定されています。これは、陸地の侵食と炭素の放出が、惑星を温暖化させた全炭素の大部分、おそらく半分近くを占めていた可能性があることを意味します。

まとめ

この論文は、PETMの謎のすべてを解明したと主張しているわけではありません。火山ガスやメタンの融解といった、他のプレイヤーも寄与したことを明確に述べています。しかし、水銀の証拠は、陸地自体が巨大な役割を果たしたという、強力で独立した証明のラインを提供しています。

著者たちが語る物語は、「正のフィードバック・ループ」の物語です。惑星が温暖化し、それがより多くの降雨と植生の喪失を引き起こし、それが大規模な侵食につながりました。この侵食が古代の炭素を海へと洗い流し、そこでCO₂へと変化し、それがさらに惑星を温暖化させたのです。それは、地球自身の表面が熱に反応することによって引き起こされた、制御不能な暴走列車のような気候変動です。正確な数値には多少の幅がありますが、方向性は明らかです。陸上炭素の動員はPETMの主要な原動力であり、泥の中の水銀はそれを証明する「決定的な証拠（smoking gun）」なのです。