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海中の微細藻類は陸上の植物に匹敵するほどの光合成を行い、食物連鎖の基盤を形成する。陸と異なるのは、食物連鎖で発生する有機物の一部が海底に沈降することだ。これらの有機物は深海生物の餌となるが、その糞も更に深層へと沈み、最終的にはアーキアによってメタンに変換され、メタンハイドレートとなる。つまり、藻類の光合成産物は炭素を深海に隔離する役割を果たしている。人間による二酸化炭素排出がなければ、このメカニズムによって大気中の酸素は増加していく可能性がある。そして、藻類の成長には鉄分も重要な要素となる。
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京都府福知山市のP/T境界露頭は、ペルム紀末期と三畳紀初期の地層が連続しており、地球史上最大の大量絶滅を示唆する貴重な場所です。下部の灰色の地層からは古生代型の放散虫、上部の黒色の地層からは中生代のコノドントの化石が発見され、生物相の劇的な変化が確認できます。 海生生物の化石が内陸部で見つかるのは、プレート移動により海洋で形成された地層が運ばれてきたためです。大量絶滅の原因として、海底のメタンハイドレートの溶脱による海洋無酸素化が有力視されています。 これは、現代のメタンハイドレート採掘やCO2増加による環境問題と類似しており、大気中のCO2を土壌や炭酸塩に固定する技術の重要性を示唆しています。
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史上最大の大量絶滅の痕跡であるP/T境界を自分の目で見るため、京都府福知山市の露頭を目指した。場所は京都府レッドデータブックに記載されていたが、詳細な位置は論文に記載されたGPS情報から特定した。現地では「P/T境界」の看板を発見。看板に従い進むと目的の露頭に辿り着いた。露頭にはP/T境界を示す層が確認できたが、詳細は次回の記事で解説する。
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ペルム紀末から三畳紀初期にかけて、海洋無酸素事変と呼ばれる現象が起きた。石炭紀に大気中の酸素濃度が上昇したが、リグニン分解生物の出現で酸素濃度は低下したものの、石炭の埋蔵により地球全体では酸素は多かったはずだった。しかし、活発な火山活動により、メタンハイドレートを含む堆積岩が溶解し、大量の炭素が放出。地球全体で酸素濃度が急減し、二酸化炭素濃度が急増した。結果、大型単弓類は絶滅したが、酸素利用効率の良い小型爬虫類は生き延び、後の恐竜繁栄に繋がる可能性を秘めていた。この火山活動とメタンハイドレートの関係は、日本科学未来館のdeep scienceでも解説されている。
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メタンは都市ガスの主成分であり、燃焼すると二酸化炭素を排出する。しかし、メタン自体も強力な温室効果ガスである。嫌気環境下では有機物からメタンが発生し、家畜のゲップや水田の底などが発生源となる。牛のゲップによるメタン排出は温暖化への影響が懸念されている。メタンは様々な場所で発生するため、それを資源として利用する生物も存在する。今後の記事では、メタンを利用する生物について掘り下げていく予定。
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大雨は河川を通じて土壌中の有機物を海底へ運び、炭素を固定する役割を持つ。土壌中の有機物は海底の嫌気的環境でバクテリアやメタン生成アーキアによってメタンに変換される。この過程で二酸化炭素は減少し、酸素が増加する。生成されたメタンは海底の低温高圧環境下でメタンハイドレートとなる。つまり、雨は大気中の二酸化炭素濃度調整に寄与していると言える。一方、現代社会では大雨による水害が増加傾向にある。これは大気中の二酸化炭素濃度調整のための雨の役割と関連付けられる可能性があり、今後の水害増加に備えた対策が必要となる。