過去46億年の間に地球上で何が起こったのでしょうか?

地球の歴史については、混乱すると同時に興味深いこともあります。この混乱の理由は、地球の歴史が非常に長い（46億年）のに対し、それに比べると人間の文明はほんの一瞬に過ぎないからです。しかし、過去 46 億年にわたる地球の生命は退屈なものではありませんでした。地球は、大陸の集合と分離、生物種の爆発と絶滅など、一連の大きな出来事を経験してきました。これらの出来事の原因、プロセス、結果を探ることは、興味深く、思い出深いものでもあります。

過去46億年の間に地球上で起こった出来事を振り返ってみましょう！

パート1

大陸プレートは長い期間にわたって接近した後、最終的に分離し、また長い期間にわたって分離した後、最終的に接近する。

破れた新聞を渡したら、新聞の端にある文字と各断片の輪郭に基づいて、いつでもそれを修復してつなぎ合わせることができると信じています。

世界地図を眺めているとき、果てしなく広がる青い海に点在する陸地をつなぎ合わせて、ひとつの地図にしたいと思ったことはありませんか?

人類の歴史には、想像力豊かなアイデアで地図上の大陸を「引き裂き」、宇宙の大変動のようにそれらをつなぎ合わせた人物が本当にいたのです。彼は大陸移動説の創始者、有名なアルフレッド・ウェゲナーでした。

ウェゲナーとその後の地質学者による段階的な実証と研究を経て、現在のプレートテクトニクス理論が最終的に形成されました。つまり、地球の表面は変形しない固体のプレート（リソスフェア）で覆われており、年間1cmから10cmの速度で移動しています。

プレートが移動し進化するにつれ、地球上の大陸は歴史を通じて分離したり融合したりしており、古代の大陸が統一されるというサイクルが繰り返されています。

大陸が継続的に集合するにつれて、超大陸（古代の統一された陸地）が出現しました。地質学の歴史では、5つの統一された古代の陸地が存在し、それぞれ約2500Ma、約1900Ma、約1400Ma、約850Ma、約250Maに形成されました。

注1: ​​Maは年を表す単位で、100万年を表します。

リソスフェアの進化図 (356 Ma - 次の 150 Ma、Scotese、1997)

およそ2億5千万年前に形成された統一された古代の陸地が私たちに最も近い。空間分布の点では、統一された古代の土地は典型的な経度半球状の分布を示しています。今日見られる陸地と海の分布パターンは、これに基づいて分裂し、漂流することによって形成されました。

大量の地球科学データによると、この古代の土地の形成に伴って発生したその他の主要な歴史的出来事には、陸地面積の大幅な増加、浅海域の急激な減少、気候の寒冷化、海面低下、酸素欠乏による堆積、火山の噴火、浅海生物の大量絶滅などが含まれます。

したがって、プレートの動きは地球上の一連の大きな出来事の重要な要因です。

パート2

大量絶滅イベント

太陽系、さらには天の川銀河系の中でも、地球は多種多様な生命体が生息する点でユニークです。

地球の長い歴史の中で、生命は常に存在していたのでしょうか?

フランスの科学者リーブは鮮明な描写を通してその答えを与えてくれました。

地球の 46 億年を 1 日に圧縮すると、次のようになります。

一日の最初の 6 時間は、地球は完全に静まり返ります。

午前 6 時になると、最も低い藻類が海中に現れ始め、それはかなり長い間続きました。

軟体動物が海、湖、沼地で動き始めるのは 20:00 になってからです。

23時30分に恐竜が登場したが、わずか10分後には慌ててステージを去った。

この日の最後の 20 分間に、哺乳類が出現し、分化が始まりました。

23時50分、私たちの祖先がゆっくりとステージに登場しました。

最後の2分間で、彼らの脳は拡大し、人間になりました。

リーブの説明によれば、地球は舞台のようなもので、ある人は舞台に上がり、ある人は舞台を去る。

科学者は、さまざまな期間における生物の消滅を「絶滅」と呼びます。地質時代において、複数の生物群がほぼ同時に絶滅した場合、この絶滅は大量絶滅と呼ばれます。その主な特徴は、主要な生物群または多数の生物が短期間または同時期に突然消滅し、生物多様性とバイオマスが急激に減少することです。

統計によると、地球の歴史上、15 回の大量絶滅と 5 回の主要な大量絶滅が発生しています。

海洋動物の大規模な絶滅と多様性の変化（Raup と Seokoski、1982 年による）

（１）最初の大量絶滅：4億5000万年前から4億4000万年前の間に、厚さ3kmの氷の層が北アフリカと中央アフリカ、および南アメリカの一部を覆った。これにより海流と大気の循環が冷え込み、地球全体が氷河期に突入しました。種の約 85% が絶滅し、科の約 27% と属の約 57% が絶滅しました。

絶滅の数で見ると、5つの大量絶滅イベントの中で3番目に多い。

（２）第二次大量絶滅：３億７５００万年前から３億６０００万年前にかけて、気候は再び寒冷化し、海洋生物は再び壊滅的な打撃を受けたが、陸上生物への影響は少なかった。海洋生物の約82%が絶滅しました。浅海のサンゴはほとんど絶滅し、深海のサンゴも一部絶滅しました。この出来事は、5 つの大量絶滅イベントの中で 5 番目にランクされます。

（３） ３回目の大量絶滅：２億５１００万年前（２５１Ｍａ）、海面が低下し、生態系が深刻なダメージを受け、地球上で再び大量絶滅が発生した。これは地球の歴史上最も深刻な大量絶滅事件でもありました。合計で科の約57％、属の約83％、海洋生物の約96％、陸生生物の約70％が絶滅しました。

今回完全に絶滅した動物には、三葉虫、ウミサソリ、重要なサンゴ群、陸生単頭動物、多くの爬虫類群が含まれていました。

（４）第４次大量絶滅：２億年前、魚竜を除くすべての海生爬虫類が絶滅し、海生種の半分が消滅した。すべての陸生恐竜とほとんどの単弓類は絶滅しました。テオドン類は絶滅し、生き残った植物は針葉樹とソテツ類でした。この絶滅によって恐竜は広大な生息空間を獲得し、その後しばらくの間地球の覇者となった。

この絶滅は1万年未満という非常に短い期間に起こったもので、絶滅の原因はまだ特定されていません。火山の噴火、隕石の衝突、極寒の気候などが原因である可能性がある。

（５）第五次大量絶滅：6500万年前（65Ma）、地球上で第五次大量絶滅が発生し、この期間中に恐竜が絶滅した。大気中の粒子が太陽光を遮り、光合成に頼る植物が減少し、草食恐竜は大きな損失を被り、肉食恐竜も食糧不足で死滅しました。円石類や軟体動物は大きな打撃を受けた。ワニや哺乳類などの雑食動物、昆虫食動物、腐肉食動物が生き残り、川の生態系が保存されました。

この絶滅により、最終的に科の約 17%、属の約 50%、種の約 75% が絶滅しました。この絶滅の規模は、5つの大量絶滅イベントの中で2番目に大きいものでした。

私たち人類は、6度目の大規模な大量絶滅を目撃しようとしているのでしょうか?

サイエンス誌に掲載された最近の研究によると、国際的な科学者チームは、動物の絶滅と減少は地球上の生命の第6の大量絶滅の前兆であると警告した。 1500年以降、320種以上の陸生脊椎動物が絶滅しました。残りの種も平均25%の減少を示しており、これは無脊椎動物の間でも極めて類似した状況である。

過去の大量絶滅は地球の自然変化や壊滅的な小惑星の衝突によって引き起こされましたが、今日の大量絶滅は人間の行動と密接に関係しています。だから私たちはここに呼びかけます。動物を守り、私たちと一緒に地球に住む友達を守りましょう！

パート3

地球の磁極により北の位置がわからなくなる

旅行者は出かけるときは必ずコンパスを携帯します。山奥で方向が分からないときは、助けを求めてこれに頼ります。コンパスは地球の磁極を利用して調整されます。現在、地球の磁気北極と地理上の北極はほぼ同じであるため、コンパスは北と南を区別するのに役立ちます。

地球には北磁場と南磁場があることは誰もが知っており、多くの人がそれらは固定されていると考えています。しかし、科学者たちは、地球の磁場の磁極は静止したものではなく、過去数千万年の間に何度も反転していることを発見した。つまり、地磁気の北極は地磁気の南極となり、地磁気の南極は地磁気の北極となります。これがいわゆる「磁極反転」です。

地球の磁場の磁極のこの変化は、地球の歴史を通じて存在してきました。もし地球の歴史が 1 日に短縮されたとしたら、この期間中、あなたの手にあるコンパスは狂ったように回転し、時には南を指し、時には北を指していることに気づくでしょう。しかし、地質学的時間のスケールで見ると、磁極の逆転は依然として遅く、多くの場合、数千年または数万年の周期を伴います。

上の写真（NASA より引用）は、スーパーコンピューター内の地球の磁場のモデルです。左側は、2 つの磁極を持つ一般的に見られる地磁気フィールドで、2 つの逆転の間の長い年月における典型的な形状です。右側は、磁極反転の過程で地磁気が（相対的に）短期間で劇的に変化する複雑な形態です。

磁極が変化することはどのようにしてわかるのでしょうか?

異なる地質時代の岩石は、多くの場合、一定の磁性を持っており、これらの岩石は、形成時の磁極の方向を記録することができます。下の図は地質学的記録であり、過去 1 億 6000 万年間にわたる地球の磁場の方向の変化を示しています。黒は磁場が現在の磁場と一致していることを表し、白は磁場が現在の磁場と反対であることを表します。図から、地球の磁極の反転には決まった周期がないことがわかります。

画像元: 著者自身

磁極の変化はなぜ起こるのでしょうか？地球の磁場の繰り返される変化には何らかのパターンがあるのでしょうか?

科学者たちはこれに関して合意に達していない。科学者の多くは、地球内部の液体鉄の流れが核の中心を循環しているときに、突然変化が起きて流れの方向が逆転すると、磁極反転現象が起こると考えています。

パート4

氷河期

地球寒冷化現象については皆さんもよくご存知だと思います。 「デイ・アフター・トゥモロー」や「アイス・エイジ」といった一連の映画の人気により、私たちは地球寒冷化の壮大な光景と自然の強大な力を目の当たりにしてきました。ここで私がお伝えしたいのは、氷河期は地球上で実際に起こった、しかも一度ではない、ということです。

地質学の歴史において、世界的かつ地域をまたいだ気候寒冷化現象として有名なものが 3 つあり、その中で最もよく知られているのは、先カンブリア時代後期氷河期 (約 5 億年前)、石炭紀 - ペルム紀氷河期 (3 億 5000 万～2 億 5000 万年前)、第四紀氷河期 (約 1000 万年前) です。

氷河期の最も重要な兆候は、地球全体の気温が大幅に低下したことです。これにより、中・高緯度地域（寒冷氷河期の極地を含む）および高山地帯に大規模な氷床と山岳氷河が広範囲に形成されました。海から氷床地域に水が移動すると、大陸の氷床は拡大して厚くなり続け、海面が急激に低下します。そのため、氷河期の気候は乾燥して寒いです。氷床の存在や陸と海の状況の変化により、気候帯がそれに応じて移動し、大気の循環や海流が変化し、それらはすべて植物や動物の成長、進化、分布に直接影響を及ぼします。

気候変動や氷河期の原因は科学界では依然として「謎」のままである。

現在、科学者たちは氷河期の原因について7つの仮説を提唱しています。

1. 宇宙における太陽系の位置の変化によって引き起こされる。

太陽系が天の川銀河の回転に伴って宇宙の寒冷領域を通過したり、宇宙塵粒子の密集した領域に移動したりすると、太陽放射の一部が宇宙塵に吸収され、地球が受ける太陽放射が減少して暖かさが減り、地球に氷河期が発生します。

2. 地球の軌道の離心率は 93,000 年ごとに変化し、地球と太陽の距離が広がるか、地球が木星に引き寄せられて地球の軌道が円形になり (約 100,000 年に 1 回)、地球と太陽の距離が広がるため、地球の暖かさが低下し、氷河期が形成されます。

3. 地球の自転速度の変化は地殻変動や極地の大気の変化を引き起こします。たとえば、地球の自転速度が増加すると、極地の冷たい大気が赤道に向かって流れ込み、気候は寒くなります。

4. 激しい地殻変動により火山活動が頻繁に起こり、大量の火山灰が噴出するため空が遮られ、太陽放射熱が弱まります。強い地殻変動によって大陸が隆起し、大量の新しい岩石が空気中に露出することもあります。岩石の風化により、地球の熱が放散するのを防ぐ大気中の二酸化炭素含有量が減少し、気温の低下、氷河活動、氷河期を引き起こします。

5. 大陸移動により、各大陸の極に対する位置は時期によって異なって変化します。極地に近づくと気候は寒くなり、石炭紀-ペルム紀氷河期のような氷河期が発生します。アフリカ、オーストラリア、南アメリカ、南極、インドは、もともと完全な古代大陸であり、当時のアフリカは南極、北極は太平洋にありました。つまり、当時、南半球の古代大陸では氷河の動きが起こっていたのです。

6. 地球の北磁極と南磁極が互いに逆転する過渡期には、地球の磁場は非常に弱くなり、大気は電子を運ぶ粒子と宇宙塵で満たされ、太陽光は遮られ、気温は低下し、数百年にわたって断続的に雨や雪が降り、氷河期が到来します。

7. 北極海の冷たい水が海峡を通じて暖かい太平洋や大西洋とつながると、湿度の高い気候によって大雪が降り、北極海上に氷床が形成され、太陽放射のほとんどが反射され、気候が寒冷化して氷河期が出現します。

どちらの仮説がより現実的でしょうか?他に何か理由があるのでしょうか？次の氷河期はいつ来るのでしょうか？これらすべては、人間によってさらに探求される必要があります。

パート5

低酸素イベント

ご存知のとおり、酸素は生命を育み、維持するための重要な要素です。生命が栄える地球で酸素が急激に減少すると、どのような災害が起こるかは想像に難くありません。

地質学史上、大規模な無酸素イベント堆積物は、主にカンブリア紀初期（約5億年前）、オルドビス紀とシルル紀の移行期（約4億4千万年前）、後期デボン紀（約3億6千万年前）、後期石炭紀-前期ペルム紀（約3億年前）、ペルム紀と三畳紀の移行期（約2億5千万年前）、三畳紀とジュラ紀の移行期（約2億年前）に形成されました。

初期カンブリア紀と後期石炭紀から初期ペルム紀にかけての無酸素イベントを除き、他の 4 つのイベントは、上記の 4 つの大量絶滅の時期とほぼ一致しています。

海洋低酸素症の原因は、気候条件、海洋循環、海面上昇と下降、大陸の位置など、複数の要因の複合的な影響である可能性があります。例えば、温暖な気候の時期には、海洋の縦方向の温度差が小さくなり、世界中の海流が停滞して停滞期が形成され、海洋の酸素欠乏層が厚くなると考える人もいます。大陸性低酸素症の最も直接的な要因は二酸化炭素濃度の増加であると考えられます。

過去40万年間、大気中の二酸化炭素濃度は180～280ppm（空気分子100万個あたりの二酸化炭素分子数を示す）程度で推移してきましたが、産業革命以降、二酸化炭素濃度は上昇を続け、2004年には前例のない379ppmに達しました。この濃度は、深刻な温室効果が見られたジュラ紀の二酸化炭素濃度の4分の1に相当します。

専門家は、人類が二酸化炭素濃度をこのペースで増加させ続けると、100年後かそれより早く、ジュラ紀と同程度の温室効果が発生する可能性があると述べている。その時までに、極地の氷床は溶け、陸地面積は減少し、気温は急激に上昇し、多くの種が絶滅するでしょう。アンソニー・コーエン氏は「これは極端な気候現象だが、発生の可能性を否定するものではない。問題の鍵は、我々人類が二酸化炭素排出をどの程度制御できるかにある」と語った。

パート6

宇宙からの訪問者

地球の成長過程は平坦なものではありませんでした。地球自身のプレート活動、マグマ活動、低酸素期、地球寒冷化などに加え、小惑星の衝突といった外部要因の影響も時々受けます。科学者らが発表したモデルによれば、初期の地球は射撃場の標的のように見えた。 40億年から45億年前、地球の表面は小惑星の衝突を繰り返しました。

過去30年間、科学者たちは6500万年前の恐竜絶滅の原因が気候変動なのか、火山活動なのか、あるいは小惑星の衝突なのかについて議論してきた。

研究者らは、恐竜の絶滅は長さ10キロメートルの小惑星が地球に衝突したのと同時に起こったことを確認した。最新の災害予測モデルによれば、小惑星の衝突により気化した岩石粒子が地球の大気圏に放出され、空が赤く染まり、気温が1,500度に達すると予測されている。

環境科学共同研究所（CIRES）の研究員ダグラス・ロバートソン氏は、「赤外線の熱は、地球全体の半径6.4キロメートル以内で爆発した1メガトンの水素爆弾と同等であり、原子爆弾80個分の爆発力に相当する可能性がある」と語った。

私たちが住む地球は、長い発展と進化の中で多くの大きな出来事を経験してきました。地球がプレート運動、火山の噴火、地球寒冷化、生物の絶滅、小惑星の衝突などに耐えてきたからこそ、今日の地球には雄大な川や山々、そして色とりどりの生命が存在しているのです。したがって、私たちは地球が過去に経験した多くの災害を嘆く必要はありませんが、人間の発展によって地球に次の災害をもたらさないように常に警戒しなければなりません。今日から、私たちの共通の美しい家である地球を守りましょう！

制作：中国科学普及協会

著者：関西科学技術産業研究所

プロデューサー: 中国科学博覧会

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。