大量絶滅の謎を解く壮大なシベリアの旅

約2億5000万年前、地球上の生物は非常に苦しい時期、最悪の時期とでも言おうか、を過ごしていた。ペルム紀-三畳紀の大量絶滅が進行し、陸上種の70%、海洋種の96%が姿を消した。暴走する地球温暖化によって赤道付近の海水温は華氏104度まで上昇した。海は急速に酸性化し、甲殻類は保護用の住処を築くのに苦労した。実際、化石記録はこれらの種が最もひどい目に遭ったことを示し、絶滅の原因が海洋、そして地球全体のpHバランスを崩したCO2であるという強力な証拠となった_。およそ10年ごとに、オゾン層を破壊するガスが地球の大気中の保護層を溶かし、動植物に放射線を浴びせた後、オゾン層が閉じた。これが何度も繰り返され、周期的に強烈な放射線が地球を襲った。

ペルム紀-三畳紀の絶滅（大絶滅とも呼ばれる）の原因として長年提唱されてきた仮説の一つは、現代人にとって不安なほど馴染み深いものでしょう。それは、大規模な石炭燃焼です。科学者たちは、これほど短期間で地球をこれほど劇的に変貌させる力を持つのは、このような大惨事以外にはないと推測していました。化石記録は、生物種が大量絶滅したのは数百万年、あるいは数十万年単位ではなく、数万年単位であったことを示しています。炭素を噴出する火山活動だけでは、たとえそれが最大級の噴火であっても、このような大災害を説明することはできません。また、1億9000万年後に恐竜を絶滅させたような小惑星の衝突が、この時期に起こったという証拠も存在しません。

興味深い説だ。唯一の問題は、科学者たちが石炭の大量燃焼によってそれらの種全てが絶滅したという確固たる証拠を持っていなかったことだ。しかし、彼らは調査すべき場所を知っていた。現在シベリアと呼ばれる極寒の広大な土地で、2億5000万年前は溶岩で覆われていたため、決して寒くはなかった。火山活動によって噴出した地球上の物質は、アメリカ大陸全体を半マイル（約800メートル）の深さまで覆っていた可能性がある。そして、地球上のすべての生命にとって残念なことに、溶岩は広大な石炭層を瞬時に焼き尽くし、大量の温室効果ガスを大気中に放出していると科学者たちは疑っていた。

とにかく、理論としてはそうなるのです。

アリゾナ州立大学の惑星科学者リンディ・エルキンズ＝タントンは、その証拠を証明しようと躍起になっていた。しかし、彼女が切望していた証拠が、ロシア政府が自国民の立ち入りを禁じている地域、ましてや外国人研究者の立ち入りを禁じている地域にあるという事実に、彼女は行き詰まった。しかし、エルキンズ＝タントンは官僚主義をものともしない。半年かけて煩雑な手続きを経た後、2008年の夏、彼女とチームはモスクワから、チームが侵入する必要のある広大な地域よりも北に位置する、北極圏の小さな町ハタンガへと飛んだ。人口1,000人のこの町は、北極圏の科学探検隊の出発点となっている。例えば、凍ったマンモスを探しに北のタイミル半島へ向かう途中に立ち寄るのには絶好の場所だ。

しかし、そこへ到着するには、科学者たちはモスクワの小さな空港から、いわば型破りなフライトに乗らなければならなかった。搭乗してみると、自分たちの座席には荷物と箱が山積みになっていた。他の乗客は夏の間ハタンガへ帰るところだったのだ。「何人かが3席分の荷物を積み上げてくれたので、私たちは座れたんです」とエルキンス＝タントンは言う。「飛行機は乗客でいっぱいだったので、離陸時に木にぶつかりそうになりました。滑走路の端をはるかに超えて飛んでいき、着陸に間に合わないところでした」。怖くなったものの、巡航高度に達したので、彼女と2人の同僚は立ち上がって、機内の別の席に座っている友人たちを探すことにした。「シートベルトを外して立ち上がると、座席が後ろに倒れてきました。飛行機に固定されていなかったからです」と彼女は言う。

科学者って、本当にうるさいですね。

ハタンガから、彼らは旧ソ連製の兵員輸送ヘリコプター（まだ弾痕だらけ）に乗り込み、コトゥイ川へと向かった。そこは冷たく、力強い北極の激流で、理想を言えば、あの豪華なゾディアックモーターボートで攻めたいところだった。「ロシアの友人たちには、『ゾディアックを何隻か買わせてくれ。そしたら船で運んでやる。それが一番いい方法だ』と頼み込んでいたんだ」とエルキンス＝タントンは言う。「彼らは『だめだ、だめだ、誰も欲しがらない。こっちがゾディアックを持ってるのに向こうが持っていなかったら、本当に見栄えが悪い。せっかくのコラボレーションが台無しになる。ゾディアックは無理だ』って言うんだよ」

「すると彼らは、『救命胴衣を持ってくるな。本当に侮辱的だ』と言うんです」

あまり派手ではないボートで川を下り、救命胴衣もつけないまま、彼らは石炭の爆発燃焼に関する地質学的手がかりとなる可能性のある露頭にたどり着いた。火山岩は良い指標だった。特に良い場所を見つけると、そこで数日間キャンプを張り、永久凍土の地形を観察したり、崖を登ったりした。この極北の地では、夏は24時間太陽が照り続け、日中のピーク時には永久凍土が解けてしまう傾向があった。

「テントの中にいると、巨大な地滑りの轟音が聞こえてきました。永久凍土が崩れ、崖の斜面全体が泥と大量の木々となって崩れ落ちていくのです」とエルキンズ＝タントンは語る。「日中に崖を登っていると、本当に身の毛もよだつような場所にたどり着くこともありました。その時は、同僚の一人が『あのね、ここで泥に膝まで沈んでいるのは、この永久凍土がすべて溶けているからで、おそらく明日には地滑りが起こるだろう』と言うまで、何が起こっているのか全く理解できませんでした」

エルキンス＝タントン氏と同僚たちは、ノミと10ポンドの小型大型ハンマーを手に、シベリアの地中をくまなく探した。彼らは、ペルム紀-三畳紀絶滅の引き金となった可能性のある大変動の確固たる証拠、つまり火山砕屑岩を探していた。砕けやすく、小さな粒子が多数くっついている、砂岩のような岩石だ。

「爆発的な火山噴火によってできた岩石がたくさんあるという噂の場所をどうしても見つけたかったんです」とエルキンス＝タントンは言う。「なぜなら、それが化学物質を効果的に上層大気に送り込み、地球全体に拡散させる唯一の方法だからです」。彼女は、終末的な気候変動の地質学的兆候に迫っていた。

シベリアのこの地域が地球上の多細胞生物を滅ぼそうとする以前、ここは平和な内海でしたが、干上がって「蒸発岩盆地」を形成しました。水の蒸発によって石灰岩と、塩素と臭素を豊富に含む鉱物の層が堆積しました。コーヒーや紅茶をカップに入れ忘れたときに残る汚れのようなものを想像してみてください。やがて、この鉱物層の上に沼地が形成されました。植物や動物が分解するにつれて、石炭、石油、ガスの層が堆積しました。「つまり、中央シベリアのこの地域全体が、母なる自然が作り出した有毒物質の層ケーキのようなものなのです」とエルキンス＝タントンは言います。

この層状の岩石の秘密の成分はマグマです。マグマは深海から流れ出し、乾燥した海から形成された有毒な堆積岩の層の間に注入されました。「石炭は最上部に最後に堆積しましたが、盆地全体を石炭が覆っていたことは分かっています」とエルキンス＝タントン氏は言います。

わずか数万年の間に起こった大量絶滅を引き起こすには、何らかの理由で大量の炭素が突然燃え尽き、地球全体が急速に温暖化する必要がありました。「このような地球規模の変化を引き起こす要因はごくわずかです」とエルキンス＝タントン氏は言います。「一つは巨大隕石の衝突ですが、これは証拠がありません。本当に大規模な衝突でなければ証拠は必ずあるはずです。もう一つは核戦争ですが、これはおそらく起こらなかったでしょう。」

エルキンス＝タントン氏はさらに、「3つ目の選択肢は、大気全体を変える方法を見つけ出すことです。そして、大気全体を変えるには、化学物質を成層圏まで押し上げる必要があります」と続ける。そのためには爆発的な火山噴火が必要であり、エルキンス＝タントン氏にとって重要なのは、それを証明する岩石が必要だということだ。

すべての火山がこのように気難しいわけではありません。例えば、キラウエア火山は現在、爆発的な活動を行っていません。マグマ（地下にあるドロドロとした物質で、噴出すると溶岩になります）が比較的薄く、流動性が高いためです。キラウエア火山のマグマが地表に噴出すると、規則的にガスを放出します。

一方、セントヘレンズ山は比較的厚いマグマで満たされており、ガスをよりよく閉じ込めます。マグマが上昇するにつれて、マグマの塊は突然浮力を高め、膨張します。これはより大きな噴出を意味します。「マグマに十分な量のガスが含まれている場合、スープのように泡立つのではなく、振ったソーダのボトルのように爆発します」とエルキンス＝タントン氏は言います。「ソーダに含まれる二酸化炭素は溶液です。振ったり開けたりするまで泡の形にはなりません。これは、マグマが地表に近づくにつれて圧力が解放され、すべての揮発性物質が泡になるのと同じです。」

「ピナツボ山やセントヘレンズ山のようなものです。ただし、規模ははるかに大きいです」と彼女は続ける。「これらの火山は十分な熱とガスを持っているため、ずっと上昇し、対流圏界面を突き抜けて成層圏に到達します。」対流圏界面とは、対流圏（私たちが地球と呼ぶ大気圏）と成層圏（高度約9キロメートルから始まる）の境界層です。対流圏は比較的混沌としており、あらゆる種類の雲、風、気象システムで満たされていますが、成層圏は比較的穏やかです。（実際、飛行機は乱気流を避けるためにこの領域を飛行します。）

しかし、この静けさは2億5000万年前、これらの種すべてを絶滅に追いやった。シベリアの爆発的な火山噴火が対流圏界面を突き破り、大量の炭素を成層圏に放出したのだ。もしそのガスがすべてシベリア上空の対流圏に留まっていたら、より局所的に留まり、徐々に消散していただろう。確かに、下層の植物や動物の生活は悲惨なものになっただろうが、地球の他の地域は大量絶滅を免れただろう。しかし、そのガスは温室効果ガスの断熱層として世界中に広がったのだ。

しかし、噴火そのものは大惨事の一要素に過ぎなかった。それだけでは、これほど激しく急速な地球温暖化を引き起こすことはできなかっただろう。エルキンズ＝タントンと彼女の同僚たちは、大規模な石炭燃焼が地球上の生命にも影響を与えた証拠を探していた。6回にわたる別々の探検で、膨らんだままにならないゴムボートでシベリアの川を下りながら、エルキンズ＝タントンは崖面、つまり2億5千万年前にすべてが噴き出した場所に証拠を探した。「川沿いの崖はすべて、水面から頂上まで、爆発性の火山岩でした」とエルキンズ＝タントンは言う。「時には100メートル以上の崖が、爆発性の岩だけでした」

解けゆく永久凍土の中を苦労して歩き、数百ポンドもの岩石を集め、丈夫なビニール袋に詰め込んでいたエルキンズ＝タントンは、奇妙な種類の岩石に偶然出会った。石炭と木炭のかけらが混じっていたのだ。「それが何なのか、私たちにはさっぱり分からなかったし、一緒に現場にいた人たちの中には、あまり興味を示さない人もいました。でも、私にはよく分かりません。本当に珍しいものに思えたので、注意深くサンプルを取っていたんです」とエルキンズ＝タントンは語る。

その時、彼女はカナダ地質調査所の上級研究科学者、スティーブン・グラスビーの研究を思い出した。北極の反対側、カナダ北極圏の島々で、グラスビーと彼の同僚たちは以前、2億5000万年前の岩石の中に「セノスフェア」と呼ばれる奇妙な構造物を発見していた。「彼らは石炭の専門家で、これらの小さく硬い炭素の泡が現代に作られるのは、超高温の石炭火力発電所でのみであることを知っていました。地質学的記録でそれが発見されたことは、これまで一度も知らなかったのです」とエルキンズ＝タントンは言う。「そして彼らは、シベリアの洪水玄武岩がシベリアで石炭を燃やしてできたもので、北極の気流に乗って世界中を運ばれ、カナダ北部に落下したという仮説を立てました。」

そして、すべてが繋がった。エルキンス＝タントンは、激しい爆発的な噴火の痕跡を示す岩石を発見した。彼女とチームは、この噴火によって広大な石炭層が瞬時に焼失し、化石燃料から「ガスが放出」され、二酸化炭素が成層圏に噴出したと考えている_。これにより、比較的穏やかな成層圏に浮遊していた粒子状物質と温室効果ガスが世界中に拡散したのだ。

「その後、当然のことながら、あらゆる動物と植物が死滅しました」とエルキンス＝タントン氏は言う。「ですから、これはシベリアの洪水玄武岩で石炭が燃焼していたことを示す、初めての実際の証拠、つまり現地での証拠、物理的な証拠なのです」（彼女とグラスビー氏、そして同僚たちは最近、この研究結果をGeology誌に発表した）。

地質学者たちは、実はこの炭素が化石記録の中にすでに存在しているのではないかと考えていました。海は大気中の二酸化炭素を吸収し_、海生生物は骨格や殻に炭酸塩を取り込み、その後、死んで沈み、石灰岩になります。有機物由来の炭素原子の平均同位体重量は地球のマントル由来のものよりも軽いため、科学者は石灰岩を分析することで、大気中の二酸化炭素の急増を示す軽い炭素の急増を示すことができます_。しかし、この新たな研究は、炭素がどのようにしてそこに到達したのか、そして火山の噴火がどのようにしてシベリアの炭田を燃え上がらせ、成層圏に温室効果ガスを溢れさせたのかというメカニズムに確固たる証拠を提示した初めての研究です。

「これで、噴火中にこれらの石炭から実際にガスが放出されていたという決定的な証拠、いや、煙を発する石炭と言えるでしょう」と、スタンフォード大学の古生物学者ジョナサン・ペイン氏は語る。彼は今回の研究には関わっていない。「これは本当に英雄的なフィールドワークです」

しかし、正確にはどれくらいの量のガスが放出されたのだろうか？エルキンス＝タントン氏と同僚たちは、石炭やその他の有機物を燃焼させたシベリアの噴火によって、6兆トンから10兆トンの炭素が大気中に放出されたと試算している。「地質学的観測だけで正確な量を直接特定するのは依然として困難です」とペイン氏は言う。「つまり、これはスケールアップの問題であり、現場で観測されたものが代表的であるという仮定を立てることになりますが、それは全く妥当な仮定です。」ペイン氏はさらに、炭素を自ら隔離する石灰岩などの岩石が消滅する可能性を考慮すると、10兆トンという上限の数値が実際には低い数値であったとしても驚かないと付け加えた。

さて、少し恐ろしい視点から見てみましょう。気候研究者のコンソーシアムであるグローバル・カーボン・プロジェクトによると、私たち人類は年間約400億トンの二酸化炭素を排出しており_、その量は毎年数パーセントずつ確実に増加しており、地球の炭素循環を狂わせています。二酸化炭素の排出システムは、典型的には、_排水口を開けたまま浴槽に水を満たすようなものです。火山や森林火災によってガスが放出され、その一部は大気中に放出されて時間の経過とともに分解し、一部は海に吸収されます。しかし、私たち人類は現在、あまりにも多くの二酸化炭素を_大気中に排出しています。蛇口の蛇口が開きすぎて排水が追いつかず、浴槽から水が溢れているのです。その結果、急速な地球温暖化が進んでいます。

同じように、2億5000万年前のシベリアの火山活動は二酸化炭素の蛇口をひねり上げ_、浴槽から水が溢れ出しました。「地球は何が働いているかなど気にしません」と、米国地質調査所の研究地質学者セス・バージェスは言います。（バージェスは地質学に関する論文の共著者ではありませんが、現地調査には同行しました。）「ペルム紀末には、大量の温室効果ガスが大気中に放出された証拠があります。生物圏は種レベルで90%の死亡率で反応しました。地球は何が原因かなど気にしません。同じように反応するでしょう。ですから、ペルム紀末と同じペースで温室効果ガスを大気中に放出した場合、どのような事態が起こる可能性が高いかを学ぶことができるのです。」

ペルム紀末の排出量が、今日の化石燃料の燃焼速度とどれほど比較されるかは未だ不明です。研究者たちはシベリアが大気中に放出した炭素量を計算できますが、その速度は計算できません。それでもバージェス氏は、現在の炭素排出量では、「人類の生存をかなり困難にする可能性があります。地球は大丈夫でしょうし、多くの種も大丈夫でしょう。人類が自らの足を撃ち抜く決断をしたとしても、多くの生物は生き残るでしょう。しかし、類似点は確かにあります。大気中の温室効果ガスの量を非常に短期間で大幅に増加させたら何が起こるかは、私たちは知っています。」と続けます。

私たち人類は、温室効果ガスで地球を汚しているだけではありません。森林伐採、マイクロプラスチック汚染、その他数え切れ​​ないほどの環境問題が重なり合い、超危機を引き起こしています。「ペルム紀には、土地利用、乱獲、乱獲といった人間による変化に類似するものは何もありません」とペイン氏は言います。「人間が行っていることの中には、ペルム紀に起こったであろうこととは全く異なるものがあります。しかし、私たちが地球に引き起こしている大きな変化の中には、ペルム紀末の絶滅に大きく影響したと思われるものと同じものがあります。」

人類、特にエルキンズ＝タントンの功績として、科学は2億5千万年前を遡り、地球にとって非常に厳しい時代について、地質学的記録という唯一利用可能な手段を通して、驚くほど詳細な物語をつなぎ合わせることができました。「やり直しはできません」とエルキンズ＝タントンは言います。「二重盲検実験はできません。実験を一つも行うことさえできないのです。」

しかし、科学者たちは、まるで別世界のシベリア、そしてまるで別世界の地球へとタイムトラベルできる観測データを集めることができます。地球が急速に高温になり、二酸化炭素の放出と一致することを彼らは知っています。化石記録にもその炭素が記録されています。爆発的な噴火が大気を根本的に変えたことを示唆する岩石も発見されています。そして、多細胞生物がほぼ絶滅したことも知っています。

ここでの責任は二酸化炭素だけにあるわけではない。科学者たちは、噴火によって大量の硫黄が放出され、その結果生じた酸性雨が海の一部をレモン汁のような色に変えたことを承知している。「地球規模の大惨事を引き起こした他の要因も存在していたことは分かっています」とエルキンス＝タントン氏は言う。「しかし、これはまさに重要なミッシングリンクであり、今回発見されたのです。」

失われた地質学的つながりを分析のために研究所に持ち込むには、シベリアから400ポンド（約180キログラム）近くの岩石を運び出す必要がありました。調査を終えるため、チームはヘリコプターでハタンガに戻り、貨物機のチケットを予約しました。民間航空便は高額すぎると考えたからです。「ボルトで固定されていない座席でも、1キログラムあたり莫大な料金を支払わなければなりません。岩石の量は180キログラムにもなりますから」とエルキンス＝タントンは言います。

滑走路に立ち、彼らはフォークリフトが貴重な研究材料を詰めたコンテナを機体の胴体へと積み込むのを見守っていた。しかし、彼ら自身の搭乗はそう簡単ではなかった。「飛行機に乗るには、結び目のついたロープを掴んで木製の梯子を登るんです」とエルキンス＝タントンは言う。「乗り込むと、もちろん既に人が乗っています。座席は機体の壁から引き出す小さなジャンプシートだけで、すべて埋まっています」。そのため、科学者たちは離着陸時以外は、機体の冷たい鋼鉄の床に座っていた。離着陸時は立ち上がって腕をポールに回さなければならなかったのだ。

「ナビゲーターが机に座って分度器を使い、飛行経路を計画していました」と彼女は付け加えた。「3、4時間の飛行の途中で、異臭に気づきました。客室乗務員もいないのに、機内を歩き回ろうと立ち上がりました。岩が入っているコンテナの後ろまで歩いていくと、機体後部全体が凍って皮を剥がれたカリブーでいっぱいだったのです。しかも、解凍し始めていました」

地球上で生命が存続し続けることは素晴らしいことではないでしょうか?

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