Basin Restriction or Oceanic Anoxic Event During the Upper Kellwasser Event in the Appalachian Basin: Insights From mm-scale Analysis of the Point Gratiot Bed
本研究は、ポイント・グラティオット層のミリメートルスケールの地球化学的分析を用いて、無酸素状態の激化にもかかわらず観察されるモリブデン濃集度の低下は、盆地の閉鎖によるものではなく、世界的な海洋無酸素イベントによって最もよく説明されることを示しており、これは、盆地がモリブデンに富む貯留層と再接続されるはずであった短期間の換気エピソードの間においても、モリブデンレベルが回復しなかったことから裏付けられている。
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悠久の時（ディープ・タイム）は、石の中に静かな記録を残すが、時にはその記録が矛盾しているかのような物語を語ることがある。地球の岩層において、科学者たちはいつ海洋から酸素が失われたのか（アノキシアとして知られる状態）についての手がかりを探している。海底から酸素が消失すると、通常は水中に溶けている特定の金属が泥の中に閉じ込められ、地質学者が数百万年後に読み解くことができる化学的な署名を作り出す。これらの金属の一つであるモリブデンは、非常に敏感な指標として機能する。もし水が停滞し酸素が欠乏していれば、この金属は堆積物の中に蓄積される。このプロセスは、底が海洋の他の部分から遮断された現代の孤立した水域においては、よく理解されている。しかし、太古のデボン紀の岩石からは、一つのパズルが浮かび上がっている。この時期、大量絶滅イベントによって海洋生物のほぼ半分が死滅したが、その時代の岩石は奇妙なパターンを示している。他の兆候が海洋の酸素欠乏が進行していることを示している一方で、泥に閉じ込められたモリブデンの量は、層を遡るにつれて実際に減少しているのである。このパラドックスは、環境が生命にとって悪化していたにもかかわらず、その悪化を示す化学的な証拠が薄れていっていることを示唆している。
この謎を解くために、研究者のデビッド・R・ブラッドは、ニューヨーク州西部の「ポイント・グラティオット・ベッド」と呼ばれる特定の岩石の層に注目した。このわずか手幅ほどの厚さしかない黒色の頁岩（けつがん）の薄い層は、デボン紀が終わり、次の紀が始まる正確な瞬間を刻んでいる。数十年にわたり科学者たちがこの層を研究してきたが、彼らの道具は、環境が日単位や週単位でどのように変化したかという微細な詳細を見るには粗すぎた。彼らは、この層に灰色の泥と古代の生物による巣穴が含まれていることを知っており、それは酸素が海底に一時的に戻ったことを証明していたが、化学がそれらの瞬間にどのように反応したのかを正確に把握することはできなかった。ブラッドは、より精密な眼でこの岩石を見つけることにした。彼は、長さ222ミリメートルに及ぶ、層全体を網羅した連続的なコアサンプルを採取し、約1.2ミリメートルの解像度で分析を行った。これは、本を単語単位ではなく、一文字ずつ読むようなものであり、彼が生命の物理的な兆候と酸素の動きのすぐ隣にある化学的な変化を見ることができるようにしたのである。
コアは、変化する環境の風景を明らかにした。層の底部は黒色の頁岩と灰色の泥が混ざり合った状態であり、堆積物を掘り進む生物の明らかな証拠があり、酸素が海底に到達していたことを示していた。研究者が岩の上部へと進むにつれ、灰色の泥と巣穴は頻度が減り、黒色の頁岩がより支配的かつ層状（ラミネート状）になっていった。これは、酸素が徐々に消失し、海底がより過酷な環境になっていったことを示唆していた。これはこれまでの研究結果とも一致しており、環境が悪化していたことを示している。しかし、本当のテストは、酸素が戻った直後にモリブデンがどうなるかを確認することであった。もし、この海域が、排水口を塞いだ浴槽のように世界の他の部分から単に隔離されていたのであれば、酸素が再び流入して水を混合するたびに、開かれた海洋から新鮮なモリブデンの供給がもたらされるはずである。そのようなシナリオでは、酸素イベントの直後に形成された岩石の層は、それ以前に見られた低いレベルからの回復として、金属の急激なスパイク（急増）を示すはずである。
データは異なる物語を語っていた。ブラッドが岩を一層ずつ調べたところ、モリブデンのレベルは跳ね返らなかった。堆積物が明らかに酸素の回帰と生物の巣穴形成を示しているときでさえ、モリブデンの濃度は上昇しなかったのである。代わりに、レベルは着実に減少を続け、局所的な生命の噴出や酸素の回帰を無視した。この金属が回復しなかったのは、供給源そのものが空になっていたからである。モリブデンを供給するはずのリザーバー（貯蔵庫）であったはずの開かれた海洋は、すでに枯渇していたのである。この発見は、アパラチアン盆地が世界の他の部分から単に隔離されていたという考えを否定した。もし隔離されていたのであれば、混合イベントによって局所的な供給が補充されていたはずだからである。実際には、世界的なアノキシアによって、あらゆる場所の堆積物の中にこの金属が閉じ込められてしまったため、地球規模の海洋全体がモリブデン不足に陥っていたのである。ニューヨークの局所的な環境は、まさにグローバルな危機を映し出す鏡であった。
この研究では、結果が岩石形成自体のトリックではないことを確認するために、ウランやバナジウムといった他の金属についても調査を行った。モリブデンとは異なり、これらの金属は層を遡るにつれて一定の減少を示さず、比較的安定していた。これにより、岩石がモリブデンの信号を隠してしまうような変化を起こしたのではなく、モリブデンの減少が水中の化学組成に対する特異な反応であったことが裏付けられた。証拠は、一つの強力な結論を指し示している。すなわち、この絶滅イベントは局所的な海の制限ではなく、世界的な海洋無酸素事象によって引き起こされたということである。海洋はあまりにも広大で停滞し、生命に必要な化学的バランスを維持できなくなった。そして、局所的な環境の回復を知らせるはずの金属は、世界中の水の中から消え去っていたのである。この単一の岩石の層に対する詳細な観察は、地球史の重要な一章を明確にし、デボン紀の海の死が、石の中の極めて小さな細部にさえその痕跡を残すような、地球規模の現象であったことを示したのである。
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