16,268 文字
薄暗い洞窟の低い天井に光が揺らめきます。角が見えますが、それは牙でしょうか？枝角、巨大な枝角が広がり、狭い洞窟の壁を覆っています。膨大な数の動物の群れが視界に入ってきます。鹿、馬、バイソン、そしてその中には奇妙な生き物、この地域では絶滅して久しい獣たちがいます。オーロクス（原牛）が壁に沿って伸び、一方で巨大な鹿はケイブライオンの群れに狙われています。現代のフランス、ラスコーの先史時代の人々は何世代にもわたってこれらの洞窟を訪れ、恐怖と畏怖の対象を壁画の層として重ね合わせていきました。それはまるで、その意味と重要性を彼らだけが理解できる落書きのようです。
これらの精巧な洞窟には日付がなく、いつ作られたのかを示す記録もありません。しかし現代のオーロクス、巨大鹿、ケイブライオンの不在は、非常に古い時代を示唆しています。ラスコーの周辺の谷にこれらの珍しい動物が生息していた時代です。今日、炭素年代測定によって、これらの才能ある芸術家たちが約17,000年前、後期旧石器時代に生きていたことが明らかになっています。当時は人類がかつて経験したことのない氷河期の真っ只中にあり、世界の多くの地域で大きな苦難の時代でした。
地球は長い間、極地の氷冠と寒い北半球の冬を特徴とする寒冷な状態にありましたが、約26,500年前に事態はさらに悪化しました。平均気温は現在より約6度低下し、氷床は北極圏から拡大してヨーロッパ中部や北アメリカ大陸まで広がりました。地球の陸地表面の約4分の1が完全に氷に覆われ、海面は現在より125メートル低下しました。科学者たちが「最終氷期最盛期」と呼ぶこの期間、北半球は大きく変化し、そこに住む旧石器時代の人類の生存を困難にしました。
この氷河期の状況は、強風が砂塵を大気中に巻き上げるものの、それを洗い流す雨はほとんど降らない、寒くて乾燥した気候を生み出しました。深紅の夕日がヨーロッパ中に広がる凍った永久凍土とツンドラに映え、毛皮をまとった初期人類の集団が氷床の縁を行き来し、すでに絶滅した巨大獣を追っていました。氷河期の生活は厳しいものでしたが、ラスコーはこれらの人々にとって避難所であり、彼らが狩りの勝利と敗北を振り返り、考える静かな場所でした。
もちろん、多くの他の人類集団は気温が温暖で氷が遠い記憶にすぎない南方へ退避したかもしれません。ラスコーの部族が最終氷期最盛期を生き延びたかどうかはわかりませんが、確かに人類は氷から離れた避難所に留まりました。これは、最終氷河期が確かに厳しかったとはいえ、地球全体が凍結したわけではなかったからです。地球上には氷に覆われていない場所がたくさんありました。この5,000年にわたる冬の支配は人類にとって厳しいものでしたが、地球の歴史にはもっと厳しい時代があった証拠があります。氷から逃れる場所がまったくない時代、地球が解放されるかどうかさえ定かでなかった時代です。
ラスコーが約半億年前に作られる以前、我々の世界には壮大な出来事が起きたかもしれません。今日の気候科学者たちが非公式に「スノーボールアース（雪玉地球）」と呼ぶ事象です。しかし、このような完全な地球規模の氷河期は本当に起きたのでしょうか？そのような極端な氷河期はどのように発生し得るのでしょうか？そして、それは地球とその貴重で不安定な生命にとって何を意味したのでしょうか？
「100頭のマンモスの洞窟」はフランスにある魅力的な洞窟系で、古代のマンモスの彫刻や絵で覆われています。彼らはラスコーの人々と同時代に地球を支配していました。フランスだけでなく世界中で。そのため、今月のCuriosityStreamでお勧めするドキュメンタリーは「古代イエローストーン：マンモスの国」です。これは古代の超火山の上に位置する、古生物学者たちの肥沃な狩猟場への魅力的な探求です。「古代イエローストーン」シリーズ全体が素晴らしく、CuriosityStreamで利用できる何千ものドキュメンタリーの氷山の一角にすぎません。古代の歴史から深宇宙までのトピックを網羅しています。
CuriosityStreamは年間20ドル未満と非常にお得で、毎週素晴らしい新番組が登場します。curiositystream.com/historyofthearthにアクセスして登録し、プロモーションコード「historyoftheearth」を使用すると25%割引になり、1年間で14.99ドル、月に1ドル強になります。YouTubeでの教育コンテンツをサポートしてくださるCuriosityStreamに感謝します。
ダグラス・モーソンは雪の舞い散る中、南極の刺すような風の中を一歩一歩進み続けます。彼のスキーは新雪を切り裂き、ポールは雪塊を突き刺します。3年間の野外調査を経て、彼はもはや後ろのそりの重みさえ感じなくなっています。それは彼自身の腕や脚と同じくらい体の一部になっています。しかし今、最後の旅の最終区間にいるモーソンは内も外も麻痺しています。
2ヶ月前の1912年11月、このオーストラリアの地質学者は他の2人の探検家、グザビエ・メルツとベルグレイブ・ニニスと共に、南極のオーストラリア地域の海岸線を地図化するために出発しました。遠征は最初の5週間は順調で、3人の男性と多数のそり犬が白い一面の広がりを速やかに横断していました。しかし災害は、ニニスのそりがクレバスを覆う雪を突き抜けた時に起こりました。彼と彼の犬、そして一行の物資の半分以上が氷河の奥深くに消えてしまったのです。ニニスは二度と見つかりませんでした。モーソンとメルツはすぐに引き返しましたが、彼ら自身と残りのハスキー犬のための十分な物資がないため、彼らは自分たちの犬を食べざるを得ませんでした。
疲れ果て、病み、精神的に打ちのめされ、ベースキャンプまで100マイル以上もある中で、メルツは急に状態が悪化しました。彼は自分の指先を噛み切り、激しく怒り、発作を起こした後、昏睡状態に陥り死亡しました。後に判明したことですが、彼はそり犬の肝臓からのビタミンAによって中毒を起こしていたのです。モーソンは一人きりになりましたが、生き残るためには進み続けるしかありませんでした。彼は最終的に孤独な旅を続け、キャンプに戻りましたが、不運は彼について回りました。彼が到着したとき、彼を連れ帰るはずだった船がわずか数時間前に出発してしまったことを知り、彼は失われた仲間を悼む十分な時間とともに、もう1年南極で過ごさざるを得なくなりました。
これらの恐怖にもかかわらず、帰国したモーソンはナイト爵位を授けられ、彼の冒険は生物学的・地質学的データの宝庫を明らかにし、それを完全に解析するのに30年かかりました。彼はその後南極に戻りましたが、モーソンはキャリアの大部分を母国オーストラリアの地質学の研究に費やしました。アデレード大学の地質学教授として、彼は国全体の地質学的歴史を考察する豊富な機会を持ち、おそらく研究者や探鉱者が日差しの強い大陸全域で発見していた謎めいた岩石を解釈するのに最も適した人物でした。
およそ1,000マイルにわたる氷河堆積物が存在するように見えました。それらは明らかに場違いでしたが、また信じられないほど古く、新原生代時代、動物の進化よりもはるかに前の時代にさかのぼりました。モーソンは間違いなく彼の地質学的および南極での経験の両方を活かして、注目すべき提案をしました。おそらく、彼は言いました。オーストラリア全体がかつて氷に覆われていたのではないか、一種の全球凍結現象によって。オーストラリアのような暑い場所が凍るのを説明するには、地球全体が凍結する以外に何があるでしょうか？
モーソンの地質学的および氷河学的推論は確かでしたが、それらは大陸移動という要素を考慮していませんでした。大陸移動、そして後の板テクトニクス理論が広まるにつれ、それらは地質学者がこれらの一見矛盾した堆積物の謎を解く助けとなりました。地球表面を横断する大陸塊の移動を受け入れることで、オーストラリアのような場所が全地球的な凍結を必要とせずに氷河化される可能性が生まれました。新原生代時代、オーストラリアは単に極地に近い位置にあり、したがって通常の極地条件を経験する可能性が高かったことが判明しました。
プレートテクトニクスがモーソンの結論を弱めたかもしれませんが、それは彼のアイデアの終わりではありませんでした。地質学者が地質学的時間を通じた大陸の移動を再構築することを学ぶにつれ、新たな堆積学的な謎が現れ始めました。例えば、グリーンランドや北極圏のスバールバル諸島で氷河堆積物が発見されました。表面上、これは驚くべきことではないかもしれません。両方の場所が長い極夜と一年中の凍結条件を経験しているからです。しかし、これらの特定の堆積物は約6億5000万年前のもので、テクトニクス再構成によると、スバールバルとグリーンランドはその当時、熱帯の緯度に位置していたことが示唆されています。オーストラリアの古代の氷は全球氷河を示さないかもしれませんが、グリーンランドの古代の氷はそうである可能性があります。
しかし、異常な新原生代氷河期を示唆しているのはこれら2つの場所だけではありません。世界中で、地質学者は元素同位体と局所的な関係を使用して岩石の年代を決定し、赤鉄鉱や磁鉄鉱などの強磁性鉱物の地球の磁場への整列を使用して、これらの岩石が形成された緯度を特定します。最後に、彼らは岩石自体の手がかりを使用して古環境、そして古気候を再構築します。
研究者たちは後期新原生代の特徴的な氷河堆積物を世界中で見つけ始めました。それらには氷河の作用によって生成されるティライトと呼ばれる無秩序で分類されていない堆積物が含まれます。また、ドロップストーンと呼ばれる大きな玉石や小石もあり、これらは上から落ちてきて、はるかに細かい層状の堆積物に埋め込まれています。謎めいた石を投げる神々を持ち出さなくても、これらの異常は溶けた氷山が沖合いに堆積物を落とすことで説明できます。通過する氷河はまた岩石表面を磨き、条痕と呼ばれる長い直線的な引っかき傷を残すことができます。そして氷河の融解水から形成される湖は、バーブと呼ばれる細かく層状の堆積物を底に蓄積し、融解水の季節的な増減を記録します。
これらの特徴はすべて後期新原生代の岩石に見られており、最も重要なことに、それらが形成された緯度に関係なく、赤道付近のドロップストーン、バーブ、ティライトは、そこに氷があり、地球が今日とは非常に異なる外観をしていたという避けられない結論につながります。それだけでなく、後期新原生代の堆積物には、激しい気候および海洋学的変化なしには説明が難しい希少でユニークな岩石タイプが含まれています。約15億年前に地球から消滅した縞状鉄鉱層が、7億年前の岩石に再び出現しています。その存在は時折無酸素状態になる海洋を示唆しており、これは新原生代の水中では、大気と海洋間のガス交換を阻止する何かがない限り不可能なことです。恐らく、地球の海洋を覆う巨大で途切れない氷床のようなものです。
最後に、驚くべき地質学的同期性の一環として、研究者たちは世界中の広範な氷河堆積物の直上に、一貫して単一タイプの岩石が堆積しているのを発見しています。キャップカーボネートがどのようにして、なぜ世界中で同時に形成されたのかは正確にはわかっていませんが、有力な説明として、炭酸により強く酸性化した海洋に陸地表面から新しい物質が突然流入したことが関係しているとされています。あるいは、キャップカーボネートは単に海洋が長く制約された全球凍結後に再び「呼吸」した瞬間を表しているのかもしれません。
そして、これらすべての地質学的証拠は同じ驚くべき結論を指し示しているようです。後期新原生代、約7億5000万年前に始まる時期に、地球は強烈な氷河期を経験し、陸地と海洋が広範囲に凍結しました。極地から熱帯まで氷が広がり、赤道で出会ったかもしれない全球氷河期です。水に満ちた楽園から不毛でほぼ無生物の氷の玉へと地球を変えた氷の家の世界。そして、これは一度ではなく、動物生命の夜明けまで短期間に最大4回発生した可能性があります。
アメリカの地質学者ジョセフ・カーシュビンクは、多様な青い大理石を単なる特徴のない白い球体に変えたその様子から、これらの全球氷河期を適切に「スノーボールアース」と名付けました。しかし、これらの極端な事象の多くが発生した地質時代は、ギリシャ語の「霜」を意味する「クライオジェニアン」として知られています。今日、新原生代の岩石が詳細に研究されるようになり、個々の氷河期は最初に確認された岩石層にちなんで名付けられています。最も古いのはスターティアン氷河期で、7億5000万年から6億6000万年前に発生しました。それに続くのがマリノアン氷河期で、6億5000万年から6億3500万年前まで続きました。記録によれば、5億7900万年前に非常に短い全球氷河期が続き、最後のスノーボールアースはガスキエラン氷河期として知られ、原生代の最後を示し、5億4900万年から5億3000万年前まで続きました。
これらが地球が氷の煉獄に陥った最初の時代ではないことを指摘しておく価値があります。約25億年前、地球は大酸素事件とそれに続く大気変化の結果として、3億年続く深い凍結状態に置かれました。しかし、それ以来1500万年以上が経過し、新原生代の地球は非常に異なる世界です。生命は複雑に、協力的になり、賭け金はかつてないほど高くなっています。クライオジェニアンの地球で生き延びるのは、どれほど困難なのでしょうか？
氷に覆われた彗星が太陽系を通過し、太陽に向かって弾丸のような軌道を描いています。数百万年前に遠いカイパーベルトの故郷から放り出されたこの運命的な軌道に乗り、太陽の周りを約100万回旋回してきました。しかし、この孤独な彗星の日々は数えられています。これは最後の恒星ツアーになるかもしれません。接近するたびに太陽の熱がその氷の外殻の一部を蒸発させ、それを華麗な虹色の尾として後方に流しています。かつて壮麗だった氷の小惑星も今や影のようなものです。
それでも彼女は飛び続けます。彼女は冷たい氷の巨人である海王星と天王星を通過し、環に囲まれた土星と不安定な衛星を持つ木星へと向かいます。比較的混雑した岩石質の小惑星帯を通り抜けると、太陽の温かさが増し始め、彗星は輝き始めます。彼女は内太陽系へと進み、すでに乾燥し、ほこりっぽい火星を通過します。人類がその赤い輝きを夜空で認識するまでにはまだ7億年ありますが、火星はすでに生命を与える大気と海を容赦ない太陽風に失っています。わずかな水だけが赤い惑星の極に凍ったまま残っています。
太陽にさらに近づくと、溶け始めた彗星の日々は数えられています。地球の巨大な単一の月が彗星の最後から二番目の通過点であり、地球自体が彗星の視界に大きく迫ってくると、太陽の熱が彗星の核を食い尽くし、二つの凍った物体が空の一方の側で互いに光り輝きます。一方は氷の小惑星で終わりを迎えようとしており、もう一方は氷に覆われた惑星、地球です。終わりの気配はありません。地球は太陽の居住可能区域にしっかりと位置しているにもかかわらず、液体の水は一滴も見えません。このスノーボールアースの上空で、彗星は過熱された蒸気へと崩壊、蒸発していきますが、惑星の表面では巨大な凍結が続いています。
上空から見ると、眩しく太陽に照らされた昼側は、山も谷もない滑らかな境界線で分けられた影の夜側と鮮明な対照をなしています。しかし、惑星の夜側は完全な暗闇ではありません。明るい白い表面が星と月の光を反射し、半球全体に不気味な灰色の輝きを与えています。それでも、特徴のない地球が影の下を滑り行くのを見るのはほとんど不可能です。
クライオジェニアン期の地球での時間は、その地理と同じくらい区別がつきません。季節は冬から夏へと移り変わりますが、表面に目に見える変化はなく、すべては白いままです。年、数十年、千年が太陽活動の周期や地球の軌道と自転の微妙な変化を通じて過ぎ去りますが、それでも表面に目に見える変化はありません。時間の感覚を失いやすく、気づかないうちに9000万年が経過してしまいます。
表面に立ってこそ、凍った陸地と凍った海洋を区別することができます。海氷は無限に滑らかな広がりとして現れ、より大きな氷山が閉じ込められ、凍結した状態でのみ中断されます。しかし、隠された海岸線に近づくと、氷はカオス的にゆっくりと割れ、持ち上がります。これは、まだ液体の海洋が数メートルの氷の下で潮汐の力により膨らむ結果です。長い平らな白い沿岸平野があり、それから起伏のある岩石の風景へと上昇しますが、すべては差別のない雪と氷の毛布によって滑らかに柔らかくなっています。時折、鋭い岩の尾根や頂上が見え、容赦ない風によって雪と氷が吹き払われています。
実際、風はおそらくこの凍った球体が経験する唯一の天候でしょう。赤道の気温が現代の南極と同じくらい低いため、大気中には嵐や雨雲を醸成するための余分なエネルギーがありません。氷があらゆる表面を覆い、蒸発を阻害し、水蒸気を空気中にポンプで送り込むことが極めて困難になっています。雲がないため、夜間は地表近くの熱の保持が少なく、特に夜間は気温がさらに急降下します。理解できないほど乾燥して寒いですが、それでも風は吹きます。暖かい昼側から寒い夜側へ、または極寒の山頂から非常に寒い海岸線へと、風は中断されることなく特徴のない表面を横切って吹き抜けます。風は緩んだ雪と氷の結晶を輝く氷の霧に巻き上げ、地面を横切って粉末状の青い川を作ります。それは、致命的でなければとても美しいでしょう。
表面は確かに生命にとって敵対的です。雪と氷の上には、あらゆる生命形態が必要とする水がありません。そして雪と氷が地球全体を覆っているため、地球の脆弱な住民が生き延びる場所は残されていないように見えるでしょう。それでも彼らは生き延びます。常に革新的な生物学的代謝は無限の変化が可能です。7億5000万年前までに、バクテリア、藻類、および動物の単細胞の祖先はすでに海洋と内陸水のほぼすべての隅々に適応して生息し、岸辺からも陸地へと這い上がり始めていました。そのため、地球が凍り付いたとき、生命はその領域の大部分を失ったかもしれませんが、どんな砦でも、どんな避難所でも見つけることができる場所に存続することができました。
壮大な全球規模では地球は特徴のない凍結状態ですが、生命が利用できるファサードの小さな亀裂など、常に何らかの微細なバリエーションがあるでしょう。厚い海洋氷棚の下で、海は底まで凍っているわけではありません。それらは真っ暗で、無酸素状態で停滞しているかもしれませんが、そのような貧弱な配給でも存在を続けることができる微生物がいます。
生命の先祖の避難所は、これらの停滞した海の最も底にも存在します。熱水噴出孔は暖かい鉱物豊富な水を海底に噴出し、それらは化学合成栄養生物によって植民地化されています。彼らは水中の火山の煙突を構成する鉱物からすべての必要なものを得ることができます。光合成生物にも機会があります。日光の当たる表面での凍結温度は、これらの生物が必要とする光とは当初大きく相容れませんが、ここでもファサードの亀裂が藻類が辛うじて生き延びるスペースを残しています。
海氷が持ち上げられ、ひび割れ、その形を百万回変えた場所では、水の小さなポケットが表面近くに閉じ込められ、かすかな命を与える光の輝きを受けることができます。同様に、日々と季節の移り変わりとともに、一部の氷は必然的に薄くなり、容赦ない真昼や真夏の太陽の照射にさらされるとひび割れ、小さな透明な領域や開水面を作り出します。太陽が沈むか冬が訪れると再び凍るでしょうが、生命はそのチャンスを掴み、太陽に満たされた休眠状態で最も寒い時期を乗り切ることができます。
微生物の生命は、氷の表面に独自の生息可能なミクロコスモスを構築することさえできます。スイスチーズのように氷表面に点在する暗い水で満たされた穴を作り拡大します。クリオコナイトとして知られるこれらの垂直の穴は、氷内に閉じ込められた塵粒の暗い色が太陽光を吸収し始めると形成され始めます。周囲よりも暖まり、周りの氷を溶かすことができます。穴が広がるにつれ、より多くの暖かい塵を捕らえ、暗色の雪藻類によって植民地化され、これが温暖化と融解効果を加速させます。実際、世界が最も寒い時でさえ、これらのクリオコナイトは生命が単に道を見つけるだけでなく、自らの道を開拓することを助けるという証拠です。
そして、驚くべきことに、地球が一見永遠の氷河期に陥った時でさえ、それは生命の大量絶滅を伴うものではありませんでした。生命の大きな死滅や生命の樹の主要な枝の損失を示す証拠はありません。15億年以上前の最後の大凍結とは異なり、その時科学者たちは地球上のあらゆる生物の最大99％が死滅したと信じていますが、生物は混乱を乗り切ったようで、傷つかずに残りました。これは15億年の進化と多様化が、一見不可能に思える逆境に直面した生命の回復力に何をもたらすかの注目すべき実証です。
今日の地球は気候危機の真っ只中にあります。産業革命以来、私たちは二酸化炭素と温室効果ガスを驚くべき速度で大気中に放出し続けています。この革命は私たちの生活、仕事、遊びの方法を変えました。化石燃料は今や水が魚にとってそうであるように、私たちの生活にとって目に見えないほど不可欠なものとなっています。しかし、それらが放出する炭素は私たちの大気に属するものではありません。それは何億年も前に、地質学的時間スケールで展開される自然のサイクルの一部として封じ込められたものです。私たちは即座の利益のために輪を壊し、今その結果に苦しんでいます。
圧倒的な科学的証拠は今、単一の結論を指し示しています。人間活動は地球を数千万年で最も速いペースで温暖化させているということです。これ自体が悪いニュースですが、この前例のない人為的温暖化の影響を考えると事態はさらに悪化します。地球が温暖化するにつれて、氷が極地を覆い続けることはより困難になります。北極の夏の間、毎年海氷はかつてよりもさらに後退し、すぐに水に囲まれた北極点が完全に露出することが予想されるかもしれません。しかし、変化は海だけでなく起こっています。
北極の陸地表面も永久凍土として凍結しています。場所によっては何百メートルも下まで。氷は柔らかい土壌をコンクリートのように硬い堆積物に変え、水や空気が通過できないようにします。北カナダ、北ヨーロッパ、シベリアの多くは、ここに生息することを選ぶどんな生物も発育を妨げ、窒息させる一年中の永久凍土に覆われています。しかし地球温暖化はこの永久凍土も侵食しています。北半球全体でこの凍結層の厚さは減少し、融解し、その過程で予想外に損害を与える貨物を解放しています。
永久凍土内で死んだ植物や動物が腐敗して生成されたメタンは、今や大気中に逃げることができ、メタンは二酸化炭素よりも25倍も熱を閉じ込める温室効果ガスとして強力です。空気中へのメタン放出は地球をさらに温暖化させるのを助け、さらに北極の永久凍土の融解を引き起こし、より多くのメタンを放出させ、さらなる温暖化を引き起こす、という具合です。この所謂「正のフィードバック」は悪循環の悪化するスパイラルであり、人為的気候変化の既に深刻な影響が突然破滅的に悪化する可能性があります。
北極だけでも推定1兆5000億トンの炭素を含んでおり、これは既に大気中にある温室効果ガスのほぼ2倍です。文脈として、過去250年間の人間活動は、これらのガスの量を50％増加させましたが、北極での正のフィードバックループにより、数十年でそれが200％跳ね上がる可能性があります。科学者たちは、この気候的死のスパイラルの転換点をすでに通過した可能性があると疑っており、今できる最善のことは嵐をどのように乗り切るかを考えることです。
60年前の1960年代、人類はまだ来るべき気候的な黙示録に幸せにも気づいていませんでした。現代気象学的手法の発展により、科学者たちは世界中の天気と気候の相互関連性を理解し始め、環境条件の長期的傾向を予測する最初の気候モデルを組み立て始めました。この気象学のルネサンス時代に、ミハイル・ブディコというソビエトの気候科学者が、彼の故郷レニングラードを襲った厳しい冬にインスピレーションを受けたかもしれません。彼は異なる程度の氷被覆が地球全体の気候に与える影響について考え始めました。
暑い国で着る服を考えるとき、明るい色の素材が暗い色の素材よりも太陽の放射を効果的に反射することは誰でも知っています。海の暗く底知れない深さは太陽が与えるものの94％を吸収するのに対し、氷に覆われた同じ海は、その放射の最大70％を反射します。この「アルベド効果」として知られる現象は、冷たい氷に覆われた地域がそれらを温めることができる唯一のものを跳ね返すため、冷たいままになる傾向があることを意味します。これは正のフィードバックループの始まりであり、ブディコのモデルは、そのらせん状のウサギの穴がどれだけ深く続くかを発見するための数学をまとめました。
彼のモデルは、地球上の温度が十分に低下して氷被覆が北緯・南緯約25～30度（テキサス、エジプト、南アフリカと同じレベル）に達することを可能にすると、冷却アルベド効果が残りの海からの暖かさを上回り、氷が赤道まで全て前進することを強制することを示しました。そのため、外部温度ドライバーは想像するほど極端である必要はなく、地球自身のエスカレートするフィードバックが残りの道を引き継ぐでしょう。
ブディコの推論と数学は健全でしたが、彼はすぐに自分の仕事を疑い始めました。そのモデルは、氷が赤道に達すると、完全に氷に覆われた地球は新しい熱平衡に達し、再び温まる可能性のあるメカニズムを失うことを示唆していました。本質的に、氷が緯度30度に達すると、彼の研究は地球が熱力学的に逃れることのできない逃げ場のない世界的な氷河期に陥ることを示唆していました。
その結果、彼は地球の歴史でこれが起こったことがあるという考えを完全に否定しました。なぜなら、もしそうだとしたら、私たちはまだスノーボールアースに住んでいるはずだからです。それにもかかわらず、新原生代時代に熱帯氷河堆積物が存在するという強力な地質学的証拠があり、正のフィードバックを考慮すると、氷が赤道まで伸びたことを合理的に予想できます。
しかし、ブディコのモデルは、科学者が全球規模の雪玉の理由を探す際に少し助けになります。我々は赤道の氷河期ではなく、熱帯氷河期を生み出すメカニズムを見つける必要があるだけです。クライオジェニアンの大部分の平均全球温度はマイナス50度前後だったでしょうが、我々が探しているのは平均気温を氷点近くまで下げるメカニズムであり、そのためにはいくつかの実行可能な選択肢があります。
最初のスノーボールアース、約24億年前のヒューロニアン氷河期は、地球の大気組成の突然の破滅的な変化によって引き起こされた可能性が高いです。酸素発生型光合成によってエネルギーを生み出すことができる生物の出現により、酸素が大気中の温室効果ガスに取って代わり始めました。光合成藻類は二酸化炭素を消費し、酸素を放出しました。その酸素は空気中のメタンと反応して、はるかに効力の少ない二酸化炭素に変え、それがさらに光合成の燃料となりました。地球の熱バランス、つまり大気がどれだけの熱を閉じ込めることができるかの本質的な変化により、全球温度が低下し、その結果正のフィードバックにより急降下しました。
クライオジェニアン期間中にも同様の状況が発生した可能性がありますが、大気変換のメカニズムはより特定が難しいです。おそらく、光合成生命の特に生産的な時期に、異常に大量の二酸化炭素が大気から引き出されたか、あるいは特定の大陸の配置が、化学的手段を通じて二酸化炭素を消費する激しい風化に適していたのかもしれません。しかし、生物学的または化学的な引き下げの証拠は岩石記録にほとんどありません。地球の断熱二酸化炭素レベルが突然低下したとしても、それらは決定的な痕跡を残さずに低下しました。
スノーボールアースを引き起こす本質的な長期的変化の証拠がない場合、おそらく原因は入射太陽放射の突然かつ極端な変化という形でより急性のものだったのでしょう。現代の科学者たちは、比較的短命な出来事でも、十分に強烈であれば極端な惑星の冷却を引き起こす能力があると信じています。おそらくそれらの変化は地球自体の外からきたものかもしれません。太陽が特に静かな期間を経過し、活動が大幅に減少したか、または惑星の傾きと軌道経路の組み合わせが微妙に調整され、強い極地の冬を生み出したのかもしれません。
あるいは、太陽放射の減少は内部からもたらされたのかもしれません。イエローストーンサイズまたはそれ以上の巨大な超火山の噴火は、大気中に多量の灰と反射性のガスを放出し、それらが地球を取り巻き、何年もの間太陽光線を遮るでしょう。惑星は薄暗い核の冬に陥り、埃が晴れる頃には正のフィードバックが十分に進行しています。
パズルの最後の一片は、地球の表面にわたる大陸の分布のようです。そして、赤道近くの大きな超大陸が存在することがスノーボールアースを終わらせるために必要であることを示唆する証拠が増えています。
一般的に、大陸は開けた海洋の暗さよりも涼しく、より反射的であるため、冷却プロセスを加速し悪化させる可能性があります。しかし、熱帯の大陸はさらに一歩進んでいます。通常、陸地表面の風化は空気から二酸化炭素を引き出し、温室効果を食い込むことで全球的な暖かさを減少させる傾向があります。これは、条件を特定の狭いバンド内に保つ安定化負のフィードバックの始まりです。全球温度が特定のレベル以下に下がると、陸地は冷え、ここでの風化率は遅くなります。大気から除去される二酸化炭素が少なくなり、温室効果が花開き、再び惑星を温めることができます。
ただし、赤道に陸地がある場合、この安定化負のフィードバックは全球気候に対する影響力が低くなります。熱帯緯度に露出している陸地は、全球温度が低下しても風化が続く可能性がはるかに高いです。したがって、温度は低下していますが、断熱二酸化炭素のレベルも低下しています。ここには負のフィードバックはなく、冷却は中断されずに継続することができます。これは説得力のある熱力学理論ですが、一つの重要な詳細を除いては：地球の歴史を通じて他のすべての深刻な氷河期には、氷が成長できる表面を提供する極地に陸地がありました。クライオジェニアンの始まりに極地か赤道に陸地はありましたか？残念ながら、適切な堆積物の欠如のため、決定的な再構築は困難です。
そして、それが実際に起こったという証拠がますます増える中で、私たちが答える必要がある大きな疑問が一つあります。これが終末的ではなかったことは明らかです。実際、これらの出来事の数百万年後、カンブリア爆発が起こりました。地球上の生命の注目すべき比類のない多様化、極から赤道まで氷に覆われた惑星では明らかに不可能なイベントです。私たちは世界がどのように回復したかの説明を見つける必要があります。スノーボールアースはどのように終わったのでしょうか？
ジョセフ・カーシュビンク教授は、30年以上にわたって混雑したカルテックのキャンパスを歩き、磁性材料の研究から学ぶことができる多くのことを考察してきました。それらが生物学、生命の歴史、そして地球自体の歴史について私たちに教えてくれることです。彼は最初に、縞状鉄鉱層が全球規模の氷河期を通じて海洋循環を効果的に遮断することで生じる可能性があることを示唆し、そうすることで「スノーボールアース」という用語を最初に造りました。
しかし、正のフィードバックループに黙示録を予見したミハエル・ブディコとは異なり、カーシュビンクはそのような氷河期の結果にそれほど不安を感じませんでした。気候モデルはあなたに多くを教えることができるだけであり、地球は単純なエネルギーイン・エネルギーアウトでは記述できない複雑なシステムだと彼は推論しました。
それにもかかわらず、ブディコが予測した終末論的シナリオは一般の人々と科学者の両方の想像力を捉え、スノーボールアースの理論化された最終性はその理論に疑問を投げかけるために使用されてきました。
実際、今日でも科学界では新原生代氷河期の真の範囲について意見の不一致があります。非凡な全球氷イベントを主張するためには、それを支持する非凡な証拠がなければなりません。一つには、堆積物は紛れもなく氷河性でなければならず、間違いなく低緯度で形成され、同時期に他の岩石タイプが形成されていてはなりません。
残念ながら、7億年はその証拠の明瞭さが曖昧になるには十分な時間です。氷河性のティルや氷山のドロップストーンとして解釈されてきた岩石は、氷を必要とせずに他の手段によって形成された可能性があります。これらの岩石が熱帯の緯度にあることを示す古地磁気学的証拠は、地球の磁場が常に今日のようなものであるという仮定に依存しています。磁極が移動していたら、新原生代の地球での方向感覚は取り返しのつかないほど歪んでいるでしょう。
最後に、世界中で見つかる岩石の正確な年代順を整理するのは困難です。地質学者は通常、非常に特定の時期に日付が特定される化石を使用しますが、新原生代では大規模な化石グループの出現前であり、その精度は得られません。
そのため、この証拠はいずれも十分に堅固ではないため、一部の研究者は新原生代のイベントが地球の歴史の他の氷河期と何ら変わらないと示唆しています。私たちが今住んでいるような時代と同様に、極地と高い標高に氷があり、氷床は季節と千年を通じて増減しますが、全球的な凍結はありません。
あるいは、中間的な状況が支配的だったかもしれません。雪玉ではなく、「スラッシュボールアース」があったのかもしれません。氷が亜熱帯緯度まで広がる一方で、赤道は氷がないままか、薄い季節的な氷の帯を持っていました。これにより、これらの期間を通じて水文学的サイクルの継続が可能になり、開水または移動する氷から形成されるように見える一部の堆積岩を説明するのに役立つでしょう。
実際、ここで地球が決して静的ではないことを覚えておくことが重要です。地球の地殻を横切るテクトニックプレートの動きは、周期的に惑星の氷の殻を割り、開水の水たまりを開き、全球的な凍結からある程度の猶予を提供した可能性があります。
しかし、氷が完全なスノーボールアースの状態で地球を完全に支配するようになったとしても、ジョセフ・カーシュビンクはまだ脱出する方法を見ていました。地球が凍結している間、その多くのダイナミックなプロセスとサイクルは止まります。開水がなければ、水のサイクルが停止します。生命と水がなければ、炭素循環は細い流れに巻き下がります。しかし、表面の凍結は地球の内部のかき混ぜを止めるものは何もありません。
テクトニックサイクルは、地殻プレートが縁で作成および破壊され、それに伴う地震、噴出口、および火山と共に続きます。そして、これがスノーボールの氷の鎧の隙間が現れる場所です。活火山は気体、特に二酸化炭素とメタンを大気中に排出し続けます。
通常、その炭素は風化プロセスを通じて地球に循環されます。溶解した二酸化炭素から形成された酸性雨が岩石を腐食したり、開いた海洋の豊富な生命形態が炭素を引き下げ、体内に固定したり、貝殻の石灰岩に閉じ込めたりします。しかし、これらのサイクルのいずれも効率的に機能していなければ、二酸化炭素は大気中に閉じ込められたままになり、何百万年にも及ぶ火山性のアウトガスによって増え続けます。
現在、私たちは大気中に過剰な二酸化炭素がある場合に地球に何が起こるかを目の当たりにしています。このガスは熱を閉じ込め、温室効果によって地球を温め、ガスが多ければ多いほど、このプロセスはより効果的になります。
そしてジョセフ・カーシュビンクは、スノーボールアースがどのように最終的に堆積した火山性ガスからの超強力な超温室効果のおかげで崩壊するかを見ました。時間が経つにつれて、地球は自らを正しい状態に戻します。
生物学自体はこれらの地球の気候の激しい揺れを通して乗客だったかもしれませんが、地球の永遠のエンジンと同様に、進化の行進は決して遅くなったり止まったりしません。生命が激しい寒さ、そして突然の惑星の加熱をどのように切り抜けたかを確実に知ることはできませんが、新しい極端な条件で適応し生き残るための強い圧力を経験したと仮定するのは公平です。
そのため、新原生代のスノーボールアース期間は、将来の地球と海洋の生命を形作ることになるイノベーションを推進する進化の引き金として機能した可能性が非常に高いです。例えば、水生藻類は浅い水の生息地が氷で覆われたため、全球的な凍結を通じて苦しみましたが、もし彼らが少し水を減らして生き残る方法を見つけたとしたら、おそらく露出した潮間帯に付着して餌を取るようになったとしたら、彼らは将来の大きな飛躍、陸上植物になるために必要なすべての適応を獲得することになるでしょう。
そのため、スノーボールアース期間の終わりはいくつかの主要な生物学的革命と一致しています。謎めいたエディアカラ生物、最初の多細胞で真に巨視的なコミュニティは、ガスキエラン氷河期の終わりから1000万年も経たないうちに出現しました。そして最後のバイコヌリアン氷河期は、実際に地球の歴史の中で最大の生命の放射の一つ、動物のカンブリア爆発に貢献した可能性があります。
しかし、そもそもこれらの氷河期を引き起こすのに地球の生きた構成要素がどれだけ貢献したかという疑問は残っています。氷河期は進化を開始したかもしれませんが、進化の変化が氷河期を引き起こしたのでしょうか？
確かにそのメカニズムは存在します。もし何らかの適応が突然生命にその生産性を急上昇させることを可能にした場合、おそらく新しい環境ニッチに生息するか、新しいより効率的な生化学的経路を利用できるようになったのであれば、それは温室効果ガスの明らかな減少につながった可能性があり、スノーボールアースを引き起こすのに十分な量です。
これは最初の全球的なヒューロニアン氷河期がどのように起こったかをほぼ確実に説明し、そのヒューロニアン期間は最終的に真核生物の開花と性の進化を見ました。そのため、クライオジェニアンの凍結が生命の進化に影響を与え、またその進化によって影響を受けた可能性があると想像するのは不合理ではありません。
スノーボールアースは地球の歴史の中で最も試練の多い時期のいくつかであったかもしれませんが、終わりのない全球の冬と地球の最も貴重な貨物の破壊を約束しながらも、これらの大きな凍結は彼らの脅威を履行したことはありません。実際、地質学的時間全体の文脈で考えると、それらはほぼ全球的なリセットであるように見えます。世界中のプロセスが停止し、再開する機会、おそらく私たちが知っている世界を形作ることになる新しいコースで始まる機会。おそらく地球を脅かすどころか、スノーボールアースは私たちの現代の温暖な地球を作るために必要だったのかもしれません。
コメント