火山はどのように人類がそれ自身の大量絶滅を引き起こすであろうかについての手がかりを明らかにする

陸上でも水中でも、すべての動物は呼吸に酸素を必要とします。しかし、今日、世界の海は気温の上昇と海流の変化の組み合わせにより酸素を失っています。どちらの要因も、人為的な気候変動によって引き起こされています。

このプロセスは、海洋の食物連鎖を混乱させる可能性があります。我々はすでに、大きな低酸素、または低酸素のゾーンが致命的である可能性があることを知っています。低酸素が規模と期間の両方で拡大すると、地球の歴史の中で以前に起こったことであった海洋生物の広範な絶滅を引き起こす可能性があります。

将来の潜在的な気候シナリオに対する自然の反応を理解する方法として、海洋の酸素化における古くからの自然な変化と生物学的影響を調査します。最近の研究で、我々は何百万年も前に起こった主要な火山の出来事と海洋の酸素レベルの変化の間の関連を調べました。今日の人間活動のように、このイベントは大量の二酸化炭素と他の温室効果ガスを大気中に放出しました。

私たちは、このエピソードが100万年以上続いた世界の海で重大な酸素損失を引き起こすように見えたことを私達は見つけました。私たちの研究は、海洋の酸素含有量が温暖化ガスや温室効果ガスの放出によって引き起こされる他の気候関連のフィードバックによって劇的に影響されるという証拠を増やしています。

私たちの海は窒息している？

科学者たちは、人間の活動 - 主に化石燃料の燃焼、森林伐採、農業活動 - がこれまでにない速度で二酸化炭素とメタンを大気中に放出していることに広く同意しています。過去数十年間、気候変動の影響に関する研究は、地球温暖化、海面上昇、および海洋の酸性化に焦点を当ててきました。今、海洋酸素の損失が注目を集め始めています。

過去50年間で、世界の海洋は溶存酸素貯蔵庫の2パーセント以上を失いました。多くの場所で、栄養素汚染などの地域的要因が問題を悪化させています。米国の水域では、メキシコ湾、五大湖、そして太平洋沿岸に主要な低酸素ゾーンが規則的に形成されています。他の沿岸水域も同様に世界中で影響を受けています。

低酸素は漁獲量を荒廃させる可能性があります。例えば、2002年にフィリピンで殺害された主要な魚は、水中の酸素レベルの低下と直接関係していました。 2011年にカリフォルニア州レドンドビーチでも同様の事件が発生し、数日にわたる低酸素状態が地元の魚の個体数を減少させました。世界の人口の40パーセントが海からおよそ60マイル以内に住んでいるので、結局のところ、これらの出来事は人間に重大な影響を与えます。何百万もの人々が、食べ物、収入、あるいはその両方を魚に頼っています。

古代の酸素損失と海洋の大量絶滅との関連

過去の火山噴火は、おそらく私たちの人間活動からの温室効果ガスの現代的放出に対する唯一の古代の類似物です。これらの出来事が海洋にどのような影響を与えたかを理解するために、我々は火山からの二酸化炭素放出、海洋の酸素レベル、そして絶滅の出来事の間の関係を記録できる古代の海洋の岩石に目を向けました。

初期のジュラ紀の間に1億8,300万年前に起こったそのような出来事は、Toarcian Oceanic Anoxic Eventと呼ばれています。それは大規模な火山活動と地球の歴史の中で7番目に大きい大量絶滅で知られています。そして、それは大部分が海で起こりました。発生した火山活動は、すべての現代の火山よりも規模がはるかに大きく、大量の温室効果ガスを大気中に放出し、地球を劇的に暖めていたでしょう。

我々は、この出来事の間の海洋からの酸素損失のタイミングと量を決定するために、新しいそして新しい道具 - タリウム同位体 - を適用した。タリウムは柔らかい銀色の金属で、海底にマンガンの球が含まれています。同位体は、中性子の数が異なるため、わずかに質量差がある同じ元素の原子です。

多くの鉱物は海で、しばしば酸素を含む反応を通して形成されます。しかし海水中の遊離酸素の量は現代の海では一定ではなく、また時間とともに変化しています。海に酸素が豊富にあると、酸化マンガンが海底に堆積し、タリウム、特に重い同位体がそれらに付着します。古代の海底堆積物を分析し、タリウムの同位体値の変化を探すことによって、我々は海洋酸素の漸進的な減少を追跡できると仮定しました。

これを行うために、カナダとドイツの2つの異なる古代の海を代表する場所で、この時期から特定の濃い色の堆積岩を集めました。それから、岩の各層を溶かして液体を作り、各サンプル中のタリウムを単離し精製しました。

我々は、タリウム同位体がこの事象の間に2段階でシフトすることを見出した。第一に、大規模な火山活動の開始の間、およそ1億8,380万年前から1億8,310万年前までの間、海洋の酸素化が減少しました。それから海はさらに多くの酸素を失いました、それは火山活動の最も激しいフェーズと一致しました。そして、それは1億8,310万年前から1億8260万年前まで起こった。

この作品は、地球規模の海洋が火山活動の開始と同時に酸素を失ったことを初めて示しています。重要なことに、これはPliensbachian-Toarcian大量絶滅事件と呼ばれる既知の絶滅の始まりで起こった。言い換えれば、化石記録における絶滅の最初の兆候は、海洋における酸素損失と一致しています。

私たちは今、この低酸素の海洋状態が100万年以上にわたって2つの絶滅パルスにわたって続いたと思います。脱酸素の第二段階はより広範囲であり、従ってより大きな絶滅を引き起こした。今日のように、大気中に生命を支えるのに十分な酸素が含まれていたとしても、それは起こりました。さらに、低酸素状態の期間は、9,400万年前に発生した生物学的影響を伴う別の事象と同様でした。

地球温暖化のしきい値は？

気候変動に関する政府間パネルは最近、1.5℃の地球温暖化に関する特別報告書を発表しました。これは、気候変動を環境と生態系のストレスを最小にするレベルに制限するための即時行動を求めました。科学者たちは、これは地球規模の平均気温が産業革命前の気温を1.5℃以上上回らないようにすることを意味すると広く同意しています。

報告によると、気温が1.5℃ではなく2℃上昇すると、海洋ではさらに多くの酸素が失われることになります。科学者が将来の気候シナリオをより良く予測できるように、これは絶滅記録に対する酸素損失の古代の影響を研究し続けることが重要になります。海洋の酸素損失によって最も影響を受ける地域を特定し、私たちの惑星が温暖化を続けるにつれて発生する環境への影響を制限することも重要です。

この記事は、もともとJeremy D. OwensとTheodore R. Them IIによるThe Conversationに掲載されました。ここで元の記事を読んでください。