海洋の酸化が発達するのになぜ 20 億年もかかったのでしょうか?鍵はこの巨大な「図書館」にあります→

酸素は生命の源です。初期の地球上の酸素含有量は極めて低かった。地球上で最初の大酸化イベントが発生したのは24億年前で、酸素含有量が現在のレベルの1％以上に達し、地球上に真核生物が初めて出現しました。 2 回目の大酸化イベントは 5 億 8000 万年前から 5 億 2000 万年前の間に発生し、大気中の酸素含有量が現代の大気中の酸素含有量の 60% 以上に増加し、動物の急速な出現とカンブリア爆発を引き起こしました。

最初の大酸化イベントの後、地球の大気と海洋の酸化レベルが劇的に上昇するまでに、なぜ 20 億年近くもかかったのでしょうか?中国科学院南京地質古生物学研究所の朱茂燕研究員が率いる中英共同チームは、さまざまな地球化学指標と数学モデルを組み合わせて、巨大な海洋溶存有機炭素貯蔵庫の存在が原生代における海洋の完全酸化を遅らせた主な理由であることを初めて体系的に実証した。最近、この研究結果は地球科学誌「地球と惑星科学レターズ」に掲載されました。

溶存有機炭素プールモデルはアメリカの学者によって最初に提案されました。このモデルによれば、先カンブリア時代の海洋の表面の半透明層で光合成を行っていた微生物は主に原核生物であったと考えられています。これらの微生物が死滅した後は、有機物粒子が小さくなり、沈殿速度が遅くなりました。それらは海水中に蓄積し続け、現代の海洋の溶存有機炭素プールの1,000倍を超える巨大な海洋溶存有機炭素プールを形成しました。これらの微細有機物粒子（主に細菌）は酸化され分解されやすいため、海水中の酸素を大量に消費し、海洋の長期的な低酸素状態を引き起こし、大気の酸化の増加を妨げます。それは先カンブリア時代の海が巨大な沼地だったようなもので、水中の多量の腐植有機物が絶えず酸素を消費し、水が濁って酸素が不足していたのです。この有機炭素のプールが完全に除去されて初めて、大気と海洋の酸素レベルは大幅に増加します。しかしその後、このモデルは疑問視され、反対派は、古代の地球は海洋の巨大な炭素貯蔵庫を除去するのに十分な酸化剤を供給できなかったと主張した。

2019年、朱茂燕氏は中国と英国のチームを率いて『ネイチャー・ジオサイエンス』誌に論文を発表し、大規模な造山運動が海盆に形成された大量の蒸発岩鉱物の風化を招き、大量の硫酸塩（酸化剤）をもたらす可能性があると提唱した。これらの硫酸還元細菌は、海水中の溶存有機炭素を大量に消費し、黄鉄鉱の大規模な埋没（酸素生成）を通じて、最終的に炭素プールの減少と海洋の急速な酸化につながります。

この仮説を裏付けるため、研究チームは、わが国の三峡地域の南托村セクションにあるエディアカラ紀の豆山托層（約6億年前）で、地質学史上最大だが短命だった炭素同位体負移動イベントを発見した。この負の漂流現象の原因を解明するため、研究チームは炭素、酸素、硫黄、ウラン、ストロンチウムなどの詳細な多同位体分析を実施し、最終的に、大陸の風化が促進されたことで硫酸の流入が増加したことが引き起こした短期的な海洋酸化現象であることを明らかにした。

研究者らは、エディアカラ紀初期に発生した炭素同位体負移動現象が、この大規模な深海溶存有機炭素プールの崩壊の始まりを示している可能性があると分析した。その後、より長期間かつより強度の高いパルス状の酸化剤流入イベントが海洋の溶存有機炭素プールを継続的に消費し、最終的にはカンブリア紀初期に消滅に至りました。海洋はさらに酸化され、カンブリア紀初期の動物の爆発的な増加と複雑な海洋生態系の出現の条件が整いました。