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2度の大気の酸素浓度が上昇する仕组みとその背后にあるプレートテクトニクス?大陆成长
およそ25亿年前の最初の酸素浓度の上昇は、光合成生物が地球上に现れてから数亿年遅れて、现在型のプレートテクトニクスが开始したことで、酸素を捕获する物质に乏しい大陆が作られ始めたために起きました。2度目は大陆が成长し、炭素が表层にたまる场所が増えしたことで起こりました。
© 2016 横山祐典

东京大学大気海洋研究所の横山祐典教授と尾崎和海特任研究员らの国际研究グループは、地球の大気が现在のように酸素に富むようになった背景には、これまで2段阶の上昇期を経たことが知られていましたが、この上昇期が大陆地殻の成长と密接に関係があることを明らかにしました。

现在の地球は、大気中から深海に至るまで酸素に満ちています。これは地球が太阳系の他の惑星と大きく异なる特徴の一つであり、私たち人间を含めた高等生物が生存するための必要不可欠な条件と考えられています。酸素が存在しない还元的な原始大気からどのようにして现在のような酸素に富む环境が実现したのかについてはこれまでの研究によって大局的な描像が得られつつあります。それによれば、大気中の酸素浓度は约25－20亿年前および7－5亿年前の2度の上昇期を経て现在と同等の酸素浓度に达したとされています。しかしながら、なぜ特定の2度の时期に酸素浓度が上昇したのか、その原因やメカニズムについては几つかの説が提唱されているものの、依然として地球惑星科学分野の大きな谜となってきました。

国际研究グループは、ジルコン(窜谤厂颈翱₄)と呼ばれる鉱物を用いた地球の年代の结果の再解釈や岩石学の考察によって、およそ27－25亿年前にかけて大陆地殻の组成がケイ酸に富むようになったことを突き止めました。この変化はプレートの沉み込みに伴い地球内部に大量の水が供给されるようになった结果引き起こされたと示唆されました。地殻の组成が変化したことで、酸素を捕获する物质に乏しい地质が作られ、酸素浓度が高まったと推察されます。

さらに、数理モデルを用いることによって大陆が成长した后には、炭素が表层にたまる场所が拡大したことで、2度目の酸素浓度の上昇が起きたことが示唆されました。

「今回の成果は、地球の特徴である大気中の高い酸素浓度が、これもまた地球の特徴であるプレートテクトニクスと深い関係があることを明らかにしたものです」と横山教授は説明します。「超长期の大気の変迁は固体地球と密接に関わっています。酸素浓度の上昇は、大陆が成长することで引き起こされた地球表层の炭素循环の変化が重要な役割を引き起こされた现象であることを示したものです」と続けます。

なお、本成果は米国ライス大学やイエール大学と共同で得られたものです。

论文情报

Cin-Ty A. Lee, Laurence Y. Yeung, N. Ryan McKenzie, Yusuke Yokoyama, Kazumi Ozaki & Adrian Lenardic, "Two-step rise of atmospheric oxygen linked to the growth of continents", Nature Geoscience Online Edition: 2016/05/17 (Japan time), doi:10.1038/ngeo2707.
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