8400万年前地球は今よりも大きく傾いていたかもしれない

8400万年前地球は今よりも傾いていたかもしれない 地球
画像:図1. 北アペニン山脈に位置するイタリアのFurlo付近に露出するScaglia Rossa Limestone。この場所の石灰岩は、約8500万年前の後期白亜紀と呼ばれる時代に、古代地中海の浅い海の底に堆積したものである。© Ross Mitchell.

今から約8,400万年前の白亜紀後期に、地球表面の質量分布の影響で地球が大きく傾いていたことを示唆する新しい研究結果が発表されました。

科学者たちは、地球が時々傾いているという証拠をさらに発見しました。

プレートテクトニクスによって大陸がゆっくりと移動していることは分かっていますが、大陸移動は地殻プレートを互いに押し付け合うだけです。

地球の外側の地殻が、自転軸に対してぐらついたり、ひっくり返ったりすることがあるかどうかは、過去数十年にわたって議論されてきました。

このような地球の移動は「真の極移動」と呼ばれていますが、このプロセスの証拠については論争が続いていました。

今回、東京工業大学地球生命研究所(ELSI)のJoe Kirschvink主任研究員(カリフォルニア工科大学教授)と北京地質地球物理学研究所のRoss Mitchell教授を中心とする研究成果がNature Communications誌に掲載され、過去に地球が傾いたことを示す最も説得力のある証拠が得られました。

真の極移動は、少し解明されています。

地球は、固体金属の内核と液体金属の外核、そして固体のマントルと私たちが住んでいる地表の地殻からなる層状の球体です。

これらすべてが1日1回、コマのように回転しています。

地球の外核は液体なので、その上を固体のマントルや地殻が滑るように移動しています。

沈み込む海洋プレートやハワイのような巨大な火山など、比較的密度の高い構造物は、オフィスの椅子で回転しているときに遠心力で腕が横に出たがるのと同じように、赤道付近にいることを好みます。

このように地殻が動いているにもかかわらず、地球の磁場は、対流している外核の液体Ni-Fe金属(ニッケル・鉄)の電流によって発生しています。

長い時間のスケールでは、マントルや地殻の移動は地球のコアに影響を与えません。

一方、外核の対流パターンは、実際には地球の自転軸を中心に動いているので、小さな棒磁石の上に鉄粉が並ぶのと同じように、地球の磁場の全体的なパターンを予測することができます。

したがって、これらのデータは、南北の地理的な極の方向に関する優れた情報を提供し、傾きは極からの距離を示します(磁場が垂直であれば極に、水平であれば赤道上にあったことを意味します)。

多くの岩石は、磁気テープが音楽を記録するのと同じように、形成されたときの局所的な磁場の方向を実際に記録しています。

例えば、ある種のバクテリアが作るマグネタイトという鉱物の小さな結晶は、実際に小さなコンパスの針のように並んでいて、岩が固まるときに堆積物の中に閉じ込められます。

この『化石』のような磁気を利用して、地殻に対して自転軸がどこに移動しているかを追跡することができます。

「宇宙から地球を見たときのことを想像してみてください。真の極移動は、地球が横に傾いているように見えますが、実際に起きているのは、地球の岩石層の殻全体(固体のマントルと地殻)が液体の外核の周りを回転しているということです。」とKirschvink氏は説明します。

現在では、衛星を使って非常に正確に極移動を測定することができますが、地球の過去においてマントルと地殻の大きな回転があったかどうかについては、地質学者の間で議論が続いています。

特に白亜紀後期(約8,400万年前)の出来事をめぐっては、激しい論争が繰り広げられています。

この30年間、地球物理学者たちは、白亜紀に大規模な真の極移動があったかどうかについて、『Science』誌上や多くの会議で公開討論を行い、意見を交わしてきました。

Mitchell氏とKirschvink氏は、この論争に決着をつけるための計画を立てました。

図2. イタリアの中央アペニン山脈にあるアピロ・ダム湖の西にある道路の切り通しで行われた高解像度のサンプリング。

図2. イタリアの中央アペニン山脈にあるアピロ・ダム湖の西にある道路の切り通しで行われたサンプリング。この場所は、8,000万年前に起こったChron 33R / 33Nt ransitionと呼ばれる大規模な地磁気の反転の境界を横切っている。このような場所から採取された配向性の高い試料は、それらが形成された当時の古代磁場の素晴らしい記録となっている。©Ross Mitchell.

図3. イタリア・アペニン山脈のScalgia Rossa石灰岩に記録された緯度の変化。

図3. イタリア・アペニン山脈のScalgia Rossa石灰岩に記録された緯度の変化。キャプション これらのデータは、8,600万年前から8,000万年前の間に、イタリアが赤道に向かって一時的に移動したことを示している。これは、太平洋の海底の岩石から集められた磁気データから観測された回転と一致する。©Ross Mitchell and Christopher Thissen.

学生時代にイタリア中部のアペニン山脈の地質を研究していたMitchell氏は、採取すべき岩石を熟知していました。

そして、イタリアの白亜紀(約1億4550万年前~6550万年前)の石灰岩の古地磁気データが決定的な証拠になると、国際研究チームは賭けに出ました。

同じ地域の若い岩石の磁気が約50年前に研究され、間接的に恐竜を殺した小惑星の衝突の発見につながりました。

共著者であるダートマス大学の地球生物学者Sarah Slotznick氏は、「このイタリアの堆積岩は特別なものであり、非常に信頼性の高いものであることがわかりました。なぜなら、磁性鉱物は実際に磁鉄鉱という鉱物の鎖を形成したバクテリアの化石だからです。」と説明しています。

真の極移動に関する仮説を検証するためには、地球の自転軸の古代の位置の移動を追跡するための、冗長性の高い古地磁気データが必要です。

研究チームによると、先行研究、特に「真の極移動は起きていない」と主張する研究では、十分なデータポイントを調査していないといいます。

ヒューストンにあるライス大学の地球物理学者で、今回の研究には参加していないRichard Gordon氏は、「だからこそ、豊富で美しい古地磁気データを持つこの研究が、とても新鮮に映るのです。」と言います。

Kirschvink氏らは、真の極移動仮説が予測した通り、イタリアのデータは8400万年前の地球の傾きが~12˚であることを示していることを発見しました。

地球は横に傾いた後、逆に回転して元に戻り、約500万年の間に合計で約25˚の弧を描いて移動したのです。

Published by Tokyo Institute of Technology. Ross N. Mitchell et al, A Late Cretaceous true polar wander oscillation, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-23803-8