30億年以上前に最初の大陸が誕生していたことを示す研究結果

30億年以上前に最初の大陸が誕生していたことを示す研究結果 地球

著者情報:Priyadarshi Chowdhury氏, モナシュ大学博士研究員、Jack Mulder氏, クイーンズランド大学研究員、Oliver Nebel氏,モナッシュ大学准教授、Peter Cawood氏, モナッシュ大学教授

私たちが住んでいる陸地は、地球の表面の30%に過ぎず、残りは海で覆われていることは、多くの人が知っています。

大陸が誕生したことは、地球上の生命の歴史の中で重要な意味を持っています。

しかし、これらの大陸がいつ出現したのか、また、どのようなテクトニックなプロセスで作られたのかは、いまだによくわかっていません。

Proceedings of the National Academy of Sciences(米国科学アカデミー紀要)に掲載された私たちの研究は、インド、オーストラリア、南アフリカにある最も古い大陸の断片(クラトンと呼ばれる)から採取した岩石の年代を推定したものです。

これらの岩石を作った砂は、かつて世界初の砂浜を形成していたはずです。

これまでの研究で推定されていた25億年よりもはるかに早い30億年前に、最初の大きな大陸が海面上に進出していたと結論づけています。

30億年前の砂浜

大陸が海面上に浮上すると、侵食が始まります。

風や雨で岩が砕けて砂の粒になり、それが川に運ばれて海岸線に堆積し、砂浜が形成されていきます。

このようなプロセスは、私たちが海岸に行けばすぐに見ることができますが、何十億年も前から続いているのです。

地質学者は、古代の海岸堆積物の痕跡を岩石の記録から探し出すことで、遠い過去に起こった大陸形成のエピソードを研究することができます。

インド亜大陸の東部に位置する古代大陸の地殻であるシンブーム・クラトンには、古代の砂岩の層がいくつかあります。

これらの層は、もともと海岸や河口、河川に堆積した砂が埋まり、圧縮されて岩になったものです。

私たちは、これらの砂岩に含まれるジルコンという鉱物の微細な粒を調べることで、これらの堆積物の年代を決定しました。

この鉱物には、微量のウランが含まれており、ウランは放射性崩壊によって非常にゆっくりと鉛に変わります。

このため、非常に古い岩石の年代測定に適したウラン・鉛年代測定法を用いて、ジルコンの粒の年代を推定することができるのです。

左:砂岩層、右:ジルコン粒子の顕微鏡写真。

左:砂岩層、右:ジルコン粒子の顕微鏡写真。©Author provided

ジルコン粒から、シンブーム砂岩は約30億年前に堆積したことがわかり、世界で最も古い海岸堆積物の一つであることがわかりました。

このことは、少なくとも30億年前には、現在のインドに大陸性の陸塊が出現していたことを示唆しています。

興味深いことに、オーストラリア(ピルバラ・クラトン、イルガーン・クラトン)や南アフリカ(カープバール・クラトン)の最古のクラトンにも、ほぼ同じ年代の堆積岩が存在しており、この時期に地球上に複数の大陸性の陸塊が出現していた可能性があります。

大陸の浮上

では、岩石でできた大陸は、どのようにして海の上に現れたのでしょうか。

大陸の特徴は、地殻が厚くて浮力があることで、水の中のコルク栓のようにマントルの上に浮かんでいます。

氷山と同じように、45km以上の厚い地殻を持つ大陸の上部は海面から突き出ていますが、40km以下の薄い地殻を持つ大陸塊は水に沈んだままです。

つまり、大陸上昇の秘密が地殻の厚さにあるとすれば、そもそもなぜ、どのようにして地殻が厚くなっていったのかを理解する必要があります。

シンブーム・クラトンを含め、古代の大陸の多くは、地殻の底にあった既存の岩石が溶けてできた花崗岩でできています。

私たちの研究では、シンブーム・クラトンの花崗岩は、約35億年前から30億年前の間にどんどん深くなっていることがわかりました。

花崗岩は、岩石の中でも最も密度が低く、浮力のある岩石である。

花崗岩は、岩石の中でも最も密度が低く、浮力のある岩石である。©Author provided

花崗岩は岩石の中でも最も密度の低いものの一つであるため、シンブーム・クラトンの古代地殻は厚くなるにつれて浮力が増していったと考えられます。

30億年前頃には、シンブーム・クラトンの大陸地殻の厚さは約50kmになり、海面上に浮上するほどの浮力を持つようになっていたと考えられます。

大陸の浮上は、初期の地球の気候、大気、海洋に大きな影響を与えました。

大陸が侵食されたことで、初期の光合成生物が生息していた海岸環境に化学的な栄養分が供給され、酸素の生産が盛んになり、現在のような酸素豊富な大気が形成されたのではないでしょうか。The Conversation

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