Tracking the Course of Evolution
by Richard Cowen
1999年に書いたこのESSAYは私の著書『生命の歴史』から1章です（ブラックウェル科学、ボストン、マサチューセッツ、2000年から出版されます）。 リチャード・コーウェン著。 個人または教育目的でプリントアウトし、このサイトにリンクすることができます。 イラストはこのWeb版の章から消えています。
Cowen, R. 1994. 生命の歴史. 第2版。 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. ブラックウェル・サイエンス社から出版されている1年生レベルの教科書です。 著作権はリチャード・コーウェン1994年。 Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telephone 800-215-1000から入手可能。 第3版に関する情報と最新情報大規模な絶滅という一般的なトピックに関する別のエッセイ、およびリチャード・コーウェンの口頭発表のアウトラインも参照してください。 カリフォルニア大学デービス校の地質学部では、Richard Cowen 氏が他の興味深いウェブページを維持しようとしています：
- KT絶滅に関するエッセイの更新とウェブリンク
- 『生命の歴史』の出版後に現れたKT絶滅に関する新しい参考文献です。
- Extinctionに関するエッセイの更新とリンク集
- History of Life発行以後のExtinctionに関する新しい参考文献。
The End of the Dinosaurs: The K-T extinction
地球上の陸・海・空の大型脊椎動物のほとんどすべて（すべての恐竜、プレシオサウルス、モササウルス、翼竜）が白亜紀末の65 Ma頃に突然絶滅してしまった。 同時に、ほとんどのプランクトンや熱帯の無脊椎動物、特にサンゴ礁に生息する生物が絶滅し、多くの陸上植物が深刻な影響を受けた。 この絶滅現象は、地球史における大きな境界、K-T（白亜紀-第三紀）境界、そして中生代の終わりを告げるものである。 K-T紀の絶滅は世界的なもので、すべての主要な大陸と海洋に影響を及ぼした。 この現象がどの程度短いものであったかは、現在でも議論がある。しかし、絶滅の規模にもかかわらず、K-T境界がすべての生物に災いをもたらしたと考えることに囚われてはならない。 ほとんどの生物は生き残りました。 陸上の昆虫、哺乳類、鳥類、顕花植物、海の魚類、珊瑚、軟体動物などは、白亜紀が終わると同時に驚異的な多様化を遂げました。 K-T期の犠牲者には、当時の大型生物だけでなく、小型生物、特に海洋の一次生産の大部分を担っているプランクトンも含まれている。
RETURN TO TOP恐竜絶滅の説明には、多くの間違った理論があった。 この章では、この本の他の章よりも多くの悪い科学が説明されています。 例えば、1980年代に出版された恐竜の絶滅に関する新しい本では、恐竜は太陽の下で長い時間を過ごし、白内障になり、目がよく見えないために崖から転落して滅亡したと書かれています。 しかし、恐竜の絶滅だけを説明しようとする説は、どんなに説得力があっても、どんなに馬鹿げていても、陸・海・空の動物相で、まさに全世界で絶滅が起こったという事実を無視しているのである。 K-T年代の絶滅は世界的な出来事であり、その原因として、地理的変化、海洋的変化、気候的変化、あるいは地球外事象など、地球規模で有効なものを検討する必要がある。 K-T紀の絶滅に関する最近の研究は、白亜紀の激しい終焉を示唆する2つの仮説、すなわち、大きな小惑星の衝突と巨大な火山噴火が中心となっている。 この衝突の証拠を最初に発見したのは、ウォルター・アルバレスらです。 彼らは、K-T境界で正確に敷き詰められた岩石が、金属イリジウムを異常に多く含んでいることを発見した（図18.1）。 境界の岩石が陸上で堆積したか海中で堆積したかは関係ないようです。 太平洋とカリブ海では、イリジウムを含む粘土が海底堆積物の層を形成し、ヨーロッパでは大陸棚堆積物に含まれ、北米ではカナダからニューメキシコにかけて、氾濫原や三角州に堆積した石炭を含む岩石列に含まれていることが確認されている。 年代測定は正確で、イリジウム層は地球上の100ヶ所以上で確認されている。 境界が海成堆積物の中にある場合、イリジウムは白亜紀最後の微化石のすぐ上の層に存在し、その上の堆積物には新生代初期の暁新世の微化石が含まれている。イリジウムは境界の岩石にのみ存在し、したがって一回の大きなスパイクで堆積した：非常に短いイベントであった。 イリジウムは通常の海底堆積物には微量に存在しますが、K-T境界のイリジウムスパイクは非常に大きいのです。 イリジウムは地球上では珍しく、堆積物中の化学反応によって濃縮されることもありますが、このような大きなイリジウムスパイクは、何か特別な方法で発生したのでしょう。 イリジウムは地球上では金よりもはるかに希少ですが、K-T境界の粘土では、イリジウムは通常金の2倍、時にはそれ以上の量が含まれています。 隕石中にも同じように高い比率で含まれている。 そこでアルバレスグループは、小惑星が地球のどこかに衝突してできた破片の雲から、イリジウムが世界中に散布されたと示唆しました。K-T境界で世界中に散布された推定量のイリジウムを散布できるほど大きな小惑星は、約10km（6マイル）の長さだったと思われます。 コンピューターモデルによると、もしそのような小惑星が地球に衝突した場合、大気や海をほとんど存在しないかのように通り抜け、地殻に100kmほどのクレーターを吹き飛ばすだろうとのことである。 イリジウムと最小の破片は、小惑星が火球となって蒸発する際に、衝突の爆風によって世界中に拡散されるでしょう。 もし、この突起が大きな衝突によって形成されたとしたら、岩石の記録から他にどのような証拠を見つけることができるでしょうか？ よく知られた隕石衝突構造には、衝撃を受けた石英の破片やスフェリュール（小さなガラスの球体）が付随していることが多い（図18.2）。 このガラスは、隕石が衝突によって溶かされ、飛沫となって空中に飛散し、ほぼ瞬時に凍結することで形成される。 地質学的な時間の経過とともに、ガラス球は崩壊して粘土になることもある。 衝撃石英は、水晶の結晶が突然の高圧パルスを受けたときに形成される。
RETURN TO TOP北アメリカ全土で、K-T境界粘土はガラス球を含み（図18.2下）、そのすぐ上の薄い層は衝撃石英の断片とともにイリジウムを含んでいます。 厚さは数ミリ程度だが、合計すると北米だけで1立方キロメートル以上の衝撃石英が含まれている。 衝撃砕石帯は西の太平洋岸まで広がっているが、他の地域のK-T境界岩石では衝撃砕石は珍しく、ヨーロッパの遺跡では非常に小さな破片が見つかっている。 これらの証拠は、K-T衝突が北アメリカかその近辺で起こったことを示唆しており、イリジウムは蒸発した小惑星から、衝撃石英は衝突した大陸の岩石からもたらされたものです。 それは、メキシコのユカタン半島の堆積物の下に深く埋まったチクシュルブというほぼ卵形の地質構造です（図18.3）。 この構造物は全長約180 kmで、これまで地球上で確実に確認された最大の衝突構造物の一つです。 チクシュルブ構造を掘削したボーリング孔は、380メートル（1000フィート以上）の奇妙な化学組成を持つ火成岩に突き当たった。 この化学反応は、この地域の堆積岩の混合物を溶かし合わせて生じたものである可能性があります。 チクシュルブの下の火成岩はイリジウムを多く含み、その年代は65Maで、K-T境界と正確に一致している。火成岩の上には砕けた岩石の塊があり、これはおそらく溶融せずにクレーターに落ちてきた最大の残存破片で、その上には衝突地域を覆っていた浅い熱帯の海でクレーターを埋めるためにゆっくりと形成された通常の堆積物があります。 テクタイトは、珍しい形や表面の質感を持つ大きめのガラスビーズです。白亜紀末のハイチはチクシュルブから約800kmのところにありました（図18.3）。 ベロックやハイチの他の地方では、K-T境界は主にガラス球からなる正常だが厚い（30cm）粘土境界層で示されている（図18.2）。 この粘土の上に、大きな岩石片を含むタービダイト、海底地滑り物質の層が重なっている。 その中には砕けた海底地殻のようなものもあるが、紛れもなくテクタイトである最大8mm程度の黄色や黒の球状ガラス片も含まれている。 ベロックテクタイトは、2種類の岩石から約1300℃で形成されたようで、その年代は正確に65Maと判明しています。 黒いテクタイトは大陸性の火山岩から、黄色いテクタイトは硫酸塩と炭酸塩を多く含む蒸発岩の堆積物から形成されたものです。 チクルブ周辺のユカタン州の岩石は、まさにこの混合岩で支配的に形成されており、チクルブ地下の火成岩は、かつて溶融した混合岩の化学的性質を持っているのです。この証拠の多くは、次のように説明することができます。 この衝撃は、その地域の地殻の多くを溶かし、地表の下14kmの深さから溶融した物質を外に吹き出しました。 溶融ガラスの小さな球体は浅い角度で空中に吹き出され、北東に数百キロ離れたハイチまで、北西にはコロラド州まで広がる巨大な領域に落下しました。
RETURN TO TOPチクスルブクレーターの卵型は、小惑星が約20°～30°の浅い角度で衝突し、他の方向よりも北西に破片が飛び散ったことを表しています。カリブ海西部の他の遺跡は、通常は静かな深海の堆積物が、白亜紀の終わりに大きく乱され、乱された堆積物のすぐ上にイリジウムを含む層があることを示唆しています。 メキシコ北部からテキサスにかけての多くの地点と、メキシコ湾の海底で掘削された2つの地点で、K-T境界で海が大きく乱された痕跡があるのです。 攪乱された海底堆積物には、65Maの年代を持つテクタイトとともに、陸上植物の新鮮な葉や木の化石が含まれている場所がある（図18.4）。 カリブ海周辺や米国東部大西洋岸では、既存の白亜紀の堆積物が破砕され、再び沈殿して、化学的性質の異なるガラス球や衝撃を受けた石英片、イリジウムのスパイクなども含まれる乱雑な山になっている。 これらのことから、大津波か高波が当時の海域に影響を与え、新鮮な陸上植物を沖合に流し、数百万年間乱されることなく眠っていた海底の堆積物を引き裂いたことが推測される。 その結果生じた奇妙な岩石の混合物は、「白亜紀と第三紀のカクテル」と呼ばれています。チクスルブが特定されると、衝撃を受けた石英が衝突による高角度の噴射に打ち上げられたと計算できるようになりました。 この最初の高温の火球は、気化して溶けた破片（ガラス球やイリジウムなど）を大気圏上空に吹き上げ、ゆっくりと下降しながら最後に地球全体に堆積させたのです。 固体と溶融した大きな破片は、低い角度で外側に吹き飛ばされましたが、それほど遠くには飛ばず、最初に局所的に堆積しました（コロラド州への移動時間は約15分！）。 同時に、衝撃を受けた石英を含む小さな破片は、高温の火球と大きな破片の間で上方に吹き飛ばされ、2番目に、地域的に堆積しました（コロラド州までの所要時間は約30分です）。 衝撃エネルギーは、水爆の爆発と比較するために、約1億メガトンであった。
巨大な火山噴火？
ちょうどK-T境界で、新しいプルーム（第6章）がインドとアフリカのプレート境界の近くで地殻を燃やしているところであった。 現在のインド西部のデカン高原に大量の玄武岩が流れ出し、デカントラップと呼ばれる巨大な溶岩層が形成されました。 プレート境界の反対側の溶岩流の巨大な延長は、現在インド洋の海中にある（図18.3、18.5）。 デカントラップは現在 50 万 km2 （約 20 万平方マイル）を覆っていますが、侵食によって一部の地域から取り除かれる前は、その 4 倍の面積を覆っていたと思われます。 現存する体積は100万km3（24万立方マイル）、厚さは2km以上あるところもあります。 海底の溶岩を含む噴出した火山全体の体積は、これよりはるかに大きかったのです（図18.5）さらに、デカン噴火はK-T境界の直前で突然始まりました。 噴火のピークは約100万年（±50％）しか続かなかったかもしれないが、その短い期間がK-T境界をまたいでいたのである。 もし、噴火の期間が短かったり、噴火の回数が多かったりすれば、噴火率はもっと高くなったはずです。 デカントラップは、クラカタウのような巨大な爆発的噴火ではなく、キラウエアのような溶岩流や噴水として噴出したのだろうと思われる。 しかし、デカントラップのような規模の噴火で発生する噴煙を推定すると、エアロゾルと灰は容易に成層圏に運ばれていたことがわかる。 デッカン・プルームはまだ活発で、そのホットスポットは現在、インド洋のレユニオン火山島の下にあります。このように、K-T境界における短命だが巨大な火山噴火の強い証拠があるのです。 K-T境界の岩石の特徴をすべてこの噴火の結果だと説明しようとする人もいます。 しかし、地球外からの衝突を示す証拠は非常に強いので、その証拠を火山の影響として説明しようとするのは時間の無駄です。 その代わりに、K-T境界が2つの非常に劇的な出来事と重なったという事実に注目すべきです。 デカントラップはK-T境界を横切るように位置しており、明らかに地球史における大きな出来事で形成されました。 そして、小惑星の衝突は、まさにK-T境界だったのです。 地質学者は、K-T境界と中生代の終わりを、陸上と海上の生物の大規模な絶滅の時期と定義しているのですから、確かに地球上の生物に何か劇的なことが起こったのでしょう。 小惑星の衝突、あるいは一連の巨大噴火、またはその両方が、大気や気象に大きな地球規模の影響を及ぼしたはずです。特に物理学者の間では、もしK-T境界で物理的大惨事が起こったことを示すことができれば、K-T絶滅の説明が自動的につくという感覚があります。 しかし、この関係は、単に仮定するだけでなく、実証されなければならない。 どのようなカタストロフィーがKT年代の絶滅を引き起こしたのか、もしそうだとしたら、どのように引き起こしたのか。