ジルコンの秘密：恐竜の化石がどのような過程を経たかがわかる

7000万年以上前、数万頭のカモノハシ恐竜が諸城地域（現在の山東省濰坊市）に生息していたが、後に壊滅的な大量死を経験し、その死骸は野生に晒されて腐敗した。土石流の影響で、これらの遺骨は恐竜渓や蔵家荘などの低地に集まり、すぐに埋もれてしまった。

恐竜ストリームの恐竜化石ギャラリー（化石の 90% はアヒルの嘴を持つ恐竜です）

（画像出典：著者提供）

遺骸は長い続成作用を経て化石となった。何年も経って、地殻変動によりこれらの化石が地表に露出し、科学者の発掘調査によってその謎は徐々に明らかにされていきました。

次々と新たな疑問が湧いてくる。恐竜の化石はどのようなルートで「運ばれた」のか？ **かなり昔のことなので、この質問は検証不可能と思われます。しかし、岩石の年代を決定する新しい方法であるジルコン年代測定によって、この謎は解明されました。

ジルコン：火成岩から得られる貴重な鉱物

ジルコンの年代測定について学ぶ前に、まずジルコンとは何かを見てみましょう。

ジルコンは、さまざまな火成岩（マグマが冷えて形成される岩石）に副次鉱物として含まれるケイ酸塩鉱物です。また、金属ジルコニウムを抽出するための主な鉱石でもあります。ジルコンは化学的に安定しており、漂砂の中に保存されることが多く、堆積岩や堆積変成岩の砕屑物として存在します。

赤いジルコン（画像出典：Wikipedia）

ジルコンには多くの種類があり、白、オレンジ、茶色、緑、無色透明など、さまざまな色があります。カット後の宝石グレードのジルコンはダイヤモンドに非常によく似ています。

「ジルコン年代測定法」はどのように機能するのでしょうか?

ジルコンは広く分布しており、安定した化学的性質を持っているため、岩石の年代を決定する「同位体年代測定」によく使用されます。

同位体年代測定の基礎は放射性崩壊の法則です。崩壊によって生成された親天体と娘天体の同位体含有量を測定することにより、崩壊法則を使用して形成後の時間、つまり「年齢」を計算することができます。

自然界には 2 種類の同位体が存在します。1 つは放射性同位体 (親) で、これは自然に崩壊して他の同位体 (娘) を形成します。このプロセスは放射性崩壊と呼ばれます。

もう 1 つのタイプは安定同位体であり、自発的に崩壊して他の同位体を形成することはなく、崩壊期間が長いため同位体存在比の変化は無視できます。放射性崩壊には一定の周期があり、通常は環境によって変化しないため、放射能を使用して年齢を判定することができます。

放射性崩壊の法則は、単位時間あたりに崩壊する原子の数は、存在する放射性母体の原子の数に比例するというものです。

親同位体と娘同位体の比率を正確に測定するだけで、物質の年代を計算することができます。

「ジルコン年代測定法」は、ジルコン中の U および Th 同位体が Pb 同位体に崩壊するという原理を利用します。

ジルコンはUやThなどの放射性元素が比較的豊富で、最初はPbはほとんど含まれていません。 Pb は崩壊後にのみ形成されます。ジルコンは侵食に対しても非常に耐性があるため、年代測定に最適な鉱物です。これは、さまざまな高レベル変成作用のピーク年代や火成岩の結晶化年代を決定するために広く使用されており、地域的な地殻変動的なマグマ活動に関する年代情報を提供します。

近年、研究者たちはジルコンに含まれる豊富な年代情報と盆地周辺の母岩の特徴を組み合わせて、窪地内の異なる時代の物質の供給源、つまり堆積地域の堆積岩の物質の供給源を特定しています。

堆積盆地では、同じ供給源から供給された砂体中のジルコンの年代の組み合わせは同じであるはずですが、異なる供給源から供給された砂体中のジルコンの年代の組み合わせには明らかな違いがあります。

堆積盆地内の堆積物中の単粒ジルコンの U-Pb 年代スペクトルを測定することにより、発生源地域の背景と特性を効果的に追跡し、盆地の沈下と重要な地殻変動の時代との間の本質的なつながりを得ることができます。

諸城恐竜化石層の起源を決定、ジルコン年代測定法がその能力を発揮

山東省の中央部は、譚鹿断層帯によって山東省東部と山東省西部に分かれています。膠来盆地は、山東省東部の潭鹿断層帯の東側に位置しています。盆地の南東部は蘇魯地帯、北部は膠北地帯である。

「諸城サッグ」は膠来盆地の南部に位置し、主に白亜紀から新生代の地層が発達している。白亜紀は、下から上に向かって、主に下部白亜紀の莱陽層群、青山層群、上部白亜紀の王層群で構成されています。その中で、上部白亜紀王群の紅土崖層は恐竜化石の主な埋蔵層です。紅吐崖層の中部と下部は扇状河川相の砂と礫岩の層間であり、土砂崩れや氾濫原の堆積物の中に多数の恐竜の骨の化石が埋もれている。

山東省のマグマ岩の分布と諸城地域の地層露頭の概要（画像提供：地質学評論）

2016年、諸城地域のハドロサウルス化石のさらなる調査のため、中国地質科学院地質研究所の地質学者アン・ウェイ、クアン・ホンウェイ、リュウ・ヨンチンらは、藏家荘市と古溝の古溝恐竜渓付近の上部白亜紀王群赤土崖層の底にある恐竜化石層から砕屑性ジルコンを含む6つの砂岩サンプルを選択し、砕屑性ジルコンの年代測定を行った。 (ジルコン粒子のほとんどは角張っているか亜角張っており、長距離輸送されていないことを示しています。)

これら6つの砂岩サンプルは、地質学の専門家が諸城恐竜化石層の起源をさまざまな観点から検証するのに役立ちました。

研究によると、諸城地域の王群恐竜化石層堆積物の主な供給源は、北部の莱陽にある青山群火山岩と北西部の沂樹断層帯であり、諸城盆地南端の青山群火山岩が二次供給源地域である。

証拠 1: 6 つのサンプルの 536 個の砕屑性ジルコン粒子に含まれるジルコンの 72% は中生代のものであり、これは青山グループの火山岩の年代や北部および南部の花崗岩の年代と一致しています。

証拠 2: 王群の化石を含む礫岩の砂利成分はほぼ完全に火山岩と火砕岩であり、青山群も火山岩で構成されているため、南部と北部の花崗岩が供給源である可能性は排除されます。

証拠3：諸城の王群の恐竜化石層では、古代の水の流れは主に北と北西から来ており、少量は南からも来ていた。青山グループの火山岩は主に山東省莱陽北部に分布しており、少量が諸城南部と沂樹地溝帯に分布し、山東省西部に散発的に分布しています。

さらに、北方の莱陽地域の白亜紀後期の王石層紅土崖層に保存されている多数の恐竜の骨化石は、化石の種類や埋没層の点で諸城地域の恐竜の化石と類似している。カテゴリーは主にカモの嘴を持つ恐竜ですが、それに加えて角のある恐竜、アンキロサウルス類、コエルロサウルス類、ティラノサウルス、竜脚類などのカテゴリーもあります。

諸城の恐竜化石が埋まっている主な地層は莱陽地域のものと同じで、どちらも紅土崖層であり、扇状地堆積物である。大規模な扇状地が形成される主な条件は、造山運動または強力な地塊運動です。地殻変動により、堆積源地域（膠北山塊と莱陽地域）での侵食が促進され、河川エネルギーが増加します。特に隆起速度が河床切削速度を上回ると、極端に厚い扇状地が形成されやすくなります。

諸城地域の王層化石層の物質的起源と古代の水の流れの方向によれば、王層が白亜紀後期に堆積した時期には、古地形の背景は概ね北部が高く、南部が低かったことが示されている。特に、北部の莱陽、北西部の沂樹断層帯、および盆地南端の前期白亜紀青山グループの火山岩は、地殻隆起によって侵食帯を形成し、後期白亜紀の王グループの恐竜化石層の堆積の物質源となった可能性がある。

山東省諸城市王石層群恐竜化石層の堆積源図（1-堆積地域、2-恐竜化石、3-潭廬（潭城-廬江）断層、4-省方向、5-古侵食地域、6-古流、7-砂利成分。A-安山岩、B-凝灰岩、C-流紋岩、D-玄武岩質安山岩、E-凝灰質砂岩、F-凝灰角礫岩）

(画像出典: Geological Review)

ジルコン年代測定法のおかげで、これらの「かわいそうな」恐竜の化石の物語が徐々に明らかになってきています。白亜紀後期の終わりには地震が頻繁に発生し、激しい火山活動によって土砂崩れが頻繁に発生しました。その結果、膠北体と膠来盆地の北側に位置する莱陽地域に沿って、多数の扇状地と網状河川堆積物が形成された。このような過酷な環境下で、集団で死んだ恐竜の遺骸は洪水や土砂崩れによって北から南へと流され、最終的に諸城地域に集団で埋葬された。

世界は劇的に変化しました。現在、技術の進歩と科学者の努力により、数千万年前に何が起こったのかを詳細に調査することができます。

参考文献:

1. アン・ウェイ、クアン・ホンウェイ、リウ・ヨンチン、他。山東省諸城市における白亜紀後期王群恐竜化石層の砕屑性ジルコン年代測定と起源の追跡[J]。地質学評論、2016年、62(2):453-471。

制作：中国科学普及協会

制作：孫家鋒（諸城市恐竜文化研究センター）

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター