まとめ 地球の生物と環境の歴史 固体地球ー環境ー生物 2. 酸素と生物 3. 気候変動 4. 大量絶滅

1. 固体地球ー環境ー生物

火山 海嶺

洪水玄武岩火山 ペルム紀末ー三畳紀初期（253−251 Ma)

三畳紀末（200 Ma) (Ruhl et al., 2011)

1-2. 環境の変化 造山 火山 1 2 3 PETM 4 Caledonian Hercynian Himalaya 氷期 温室期 超大陸 シベリア火山 衝突 還元無酸素海洋 K/Pg 超温室期 C/T P/T T/J d18O (PDB) 1 2 3 PETM 4 低緯度表面水温はVeizer et al. (2000) Caledonian Hercynian Himalaya 造山 Paleo-tethys Iapetus Meso-tethys Ceno-tethys Pacific-Panthalassa Atlantic Indian 火山 1 2 3 4

CaAl2Si3O4 + 3H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3- + Al2Si2O5(OH)4 炭酸塩の生成により二酸化炭素が発生する。 Ca2+ + 2HCO3- ↔ CaCO3 + H2O + CO2 岩石は水とニ酸化炭素と反応し，下の式のように変化する. これを化学的風化 (chemical weathering) という. CaAl2Si3O4 + 3H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3- + Al2Si2O5(OH)4　 上記２つの式を合計すると，炭酸塩の生成は風化を考慮すれば，ニ酸化炭素を吸収していることになる. CaAl2Si3O4 + CO2 + 2H2O ↔ CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4

1-2. 環境の変化 造山 火山 1 2 3 PETM 4 Caledonian Hercynian Himalaya 氷期 温室期 超大陸 シベリア火山 衝突 還元無酸素海洋 K/Pg 超温室期 C/T P/T T/J d18O (PDB) 1 2 3 PETM 4 低緯度表面水温はVeizer et al. (2000) Caledonian Hercynian Himalaya 造山 Paleo-tethys Iapetus Meso-tethys Ceno-tethys Pacific Atlantic Indian 火山 1 2 3 4

2. 酸素と生物

CO2 + H2O CH2O + O2 12C 13C 12C 5-4. 炭素の物質循環 増加 13C増加 堆積有機物 大気海洋 生物 99% 1% 光合成 有機物 CO2 + H2O CH2O + O2 分解 増加 13C増加 堆積有機物 The evolution of ecosystems just after MGG caused concentration of organic matter as pellets, leading to an increase in organic carbon burial, causing an increase in atmospheric and ocean oxygen levels, leading to the evolution of early animals.

Bekker and Holland, 2012

Erwin et al., 2011 Science

Kaiho et al. submitted

Developments of Plants Extinction Events 1st Tree Developments of Plants 1st Seed 1st Forest Algeo et al., 1995

風化・ガス放出(酸化） 堆積 CO2 + H2O CH2O + O2 12C rich 2Fe2O3 + 8SO4-2 + 16H+ 15O2 + 4FeS2 + 8H2O 32S rich

Invasion of Land Vertebrate Plant Arthropod Modeled fluctuations in Late Paleozoic atmospheric oxygen concentration (□, ref. 4; ■, ref.3) in context with the timing of key terrestrial ecological events (text and arrows toward base) and major trends in wildfire occurrence (text and arrows toward top). Shaded area indicates the fire window. The charcoal/inertinite data used to support our interpretations are differentiated into clastic sediments (numbered circles) and coals (numbered squares). The key to these numbered data and its referencing is as follows: 1, Prídolí (13); 2, Lochkovian (13, 20); 3, Pragian/Emsian (21, 22); 4, Givetian (27, 84); 5, Frasnian (27, 84); 6, Famennian (29); 7, Famennian (23, 84); 8, Famennian (30, 31); 9, Famennian/Tournaisian (Bear Island, this report); 10, Tournaisian (40, 41); 11, Tournaisian (36); 12, Tournaisian (refs. 32, 34, and 85, Foulden, this report); 13, Viséan (33–35, 85, 86); 14, Viséan (refs. 37–39, Pettycur, this report); 15, Viséan (41, 87); 16, Serpukhovian (ref. 44, Douglas Coalfield, this report); 17, Bashkirian (5, 34, 51, 54); 18, Bashkirian (36, 50, 56); 19, Bashkirian (52, 88); 20, Moscovian (89–93); 21, Kasimovian/Gzhelian (57, 58, 94); 22, Cisuralian (Asselian-Kungurian), Europe (95); 23, Cisuralian, Southern Africa (63, 96–99); 24, Cisuralian, India (67, 100, 101); 25, Cisuralian, South America (102, 103); 26, Cisuralian, China (61, 62, 94, 104, 105); 27, Guadalupian/Lopingian (Roadian-Changsingian), Antarctica (106); 28, Guadalupian/Lopingian, Australia (refs. 74, 107, and 108, Swansea Head, this report); 29, Guadalupian/Lopingian, India (68, 96, 109, 110); 30, Guadalupian/Lopingian, China (111); 31, Guadalupian/Lopingian, Europe (14); 32, Guadalupian/Lopingian, China (15). Scott A C , and Glasspool I J PNAS 2006;103:10861-10865

E O F/F P/T T/J 大気中酸素％：炭素ー硫黄循環モデルに炭素同位体比と硫酸塩硫黄同位体比 を入れた。 恐竜 動物 節足 脊椎 ほ乳類 Berner et al., 2007 現在の高度 0 m 相当 現在の高度 5000 m 相当

生命環境史７大事変の実態と原因の解明 1. 初期進化

3. 気候変動

はじめに 新生代の気候変動とイベント Zachos et al. (2001) ここにあたります． 酸素同位体比をみてわかるように新生代の中で，最も温暖な気候だったことがわかります． また，この時期はまだ氷床ができていません この時代についてさらに説明します． Zachos et al. (2001)

炭素同位体比・CaCO3重量％濃度と年代 数千年の期間でCCDが2㎞ 以上浅化 CCD浅化の期間 site1263で1万年～1万5千年site1262で6万年 完全に回復するまでの期間は11万年 この図は左側が炭素同位体比と年代を、右側が炭酸カルシウム重量％濃度と年代との関係を表している。 右側の矢印Ⅰ～Ⅳはそれぞれ、Ⅰは炭酸カルシウムが急激に減少した点、 Ⅱはサイト1263のCCDが回復し始める点、Ⅲはサイト1262のCCDが回復し始める点、 Ⅳは溶解躍層が元の位置まで戻る点。 数千年の期間でCCDが2㎞以上浅くなった。 CCD浅化の期間はもっとも浅いサイト1263で1万年～1万5千年、 最も深いサイト1262で6万年続いた。 完全に回復するまでの期間は11万年を要した。

トレーサーとしてのδ13C 海洋ごとのδ13Cを比較して、海洋深層水循環の変化を 復元することができる (Nunes and Norris, 2006). 12Cに富む 有機物 有機物 有機物 有機物 有機物 沈降 沈降 沈降 底生有孔虫の炭素同位体比で海洋循環を復元する方法を説明します． このやじるしは深層水循環です． 深層水循環は重くなった海水が沈み込むことによって始まります。 その流れる過程で，有機物が沈み分解され、軽い炭素の12Cをとり込んでいきます。 つまり，古い深層水ほど12Cが多く、炭素同位体比が軽くなります。 よって深層水の同位体比を反映する底生有孔虫の同位体比を測定すると、 深層水の流れを推定することができます． また，生産性ですが、 この循環の途中で生産性の高い地域があった場合も、１２Ｃの積算になるので、 循環を考える上では，あまり影響がないといえます． 分解 12Cが供給 分解 12Cが供給 分解 12Cが供給 深層水循環 δ13Cは重い値 δ13Cが軽くなる

PETM 深層水循環の復元 Nunes and Norris (2006)

深層および中層水の溶存酸素量 2000万年ごとの陸地面積 チベットの上昇 古水温 海洋地殻生成速度 海水準 ハイエイタス 南極周極流の発達 Kaiho(1994)　Fig.4より

5-3. 現在の海洋の物質循環と堆積物 5-3-1. 現在の海洋堆積物

海洋：P, N, Si P N C Ca Si 粒子状物質 軟体部 1 15 80 殻 40 50 全組成 120 海水 深層水 800 5-3-2. 海の生物制限元素の分布 海洋：P, N, Si P N C Ca Si 粒子状物質 軟体部 1 15 80 殻 40 50 全組成 120 海水 深層水 800 3200 表層水 680 3160

4. 大量絶滅

Image of faunal changes during the last 600 m.y. Image of faunal change during the last 600 m.y. A case of lack of mass extinction Actual change Actual change (Ma) Faunal changes

Cretaceous-Paleogene boundary 過去６億年の海洋無脊椎動物の多様性 Paleozoic Mesozoic Cenozoic Cretaceous-Paleogene boundary Number of families 800 Mass extinctions Macroevolution Late Devonian 600 End-Ordovisian End-Permian End-Triassic 400 Cambrian fauna Modern fauna 200 Paleozoic fauna Ediacaran fauna P N 600 400 200 200 Geologic time （1 million years ago: 1 Ma） Present

O3 O2 CH3Cl CH4 ボックスモデル: 対流圏化学反応 反応速度 有機物・石炭燃焼 海洋還元 シベリア巨大 玄武岩火山 CO2増 ペルム紀末大量絶滅の トリガーとプロセス No decrease O2 10 % decrease decrease 約２億５千万年前 ボックスモデル: 対流圏化学反応 反応速度 CH3Cl Kaiho and Koga, 2013 CH4 Beerling et al. (2007) 海中大量絶滅 浅海へH2S 有機物・石炭燃焼 土壌流出と浅海無酸素 Kaiho et al., 2012、2016 海洋還元 シベリア巨大 玄武岩火山 CO2増 Global Warming 陸上大量絶滅 トリガー

Lilliput effect　高温に適応した結果！！！ Genera 属 Species 種

白亜紀/古第三紀境界大量絶滅のトリガーとプロセス Alvalez et al. 1980 トリガー 小天体衝突 Hildebrand et al. 1991 プロセス すすを成層圏へ放出 Wolbach et al. 1988 津波　火災 Kaiho et al. 2016 すすエアロゾル Arinobu et al. 1999 Ishida et al., 2007 Mizukami et al., 2013 太陽光吸収 晴れ上がり後の紫外線増加 土壌流出 光合成停止 気温海水温低下とその後の上昇 浅海濁化 海洋貧酸素化 食物連鎖 　整合的 Kaiho and Lamolda, 1999 　整合的 　整合的 　同時性 結果 　表層水生物と大型上動物の大量絶滅 明らかにしたこと 森林回復：１万年後 Mizukami et al., 2013

Bioevent 7: Formation of Humansphere 人間圏の形成 Understanding of Nature Technological Innovation Information Society Use of Fossil Energy and Nuclear Energy Ecocide: Destruction of Environment and Ecosystem Deforestation, Soil Erosion Waste Product: Industrial Waste, Nuclear Waste Extinction on Land Ecocide:環境破壊，生態系破壊