エメイシャン洪水玄武岩噴火期における大気中CO2の低下

火山が地球を冷やすとき

多くの人は巨大な火山噴火を大量の二酸化炭素（CO2）を大気に放出して地球を温暖化させ、大量絶滅を引き起こす災害と考えます。本研究は中国南西部で起きた古代のある火山活動を調べ、意外な事実を示しています。最も激しい溶岩噴出期に、大気中のCO2がむしろ急激に低下していたのです。なぜそうなったのかを解明することは、地球内部、地表地形、海洋、気候が数百万年にわたってどのように相互作用するかについて新たな視点を与えます。

不可解なシグナルを伴う巨大噴火

約2億6千万年前、ペルム紀にエメイシャン大型火成岩体（LIP）は数百万年のあいだに膨大な量の溶岩を噴出しました。この時期は特に礁を作る生物など浅海生物に深刻な危機が同時に起きていました。一般的な見方では、こうした噴火は大量のCO2を放出して地球を温暖化させ、生態系に強いストレスを与えたとされます。しかし、エメイシャン火山活動中の大気中CO2がどのように変化したかを示す直接の証拠は乏しく、その気候影響は不確かでした。

分子化石から読み取る古気候のCO2

過去のCO2レベルを復元するため、著者らは中国南部の上思（Shangsi）断面に残る海成岩を採取し、エメイシャン噴火の前後をまたぐ堆積層を調べました。既存の全岩化学に頼るだけでなく、彼らは塩素葉緑素由来の微量な分子化石、具体的にはフィタネという化合物に注目しました。フィタネ中の軽い炭素と重い炭素の比率を、同時に含まれる炭酸塩鉱物の比と比較することで、古代の藻類が光合成中にどれだけ重い炭素を避けたかが記録されます。この炭素選択性はCO2が豊富なときに大きく、CO2が不足すると小さくなります。これらの同位体の“指紋”を現代の関係式で校正し、温度や栄養塩の影響を補正することで、数百万年にわたる大気CO2の高解像度曲線を作成しました。

溶岩大洪水の最盛期にCO2が低下

得られた記録は予想外のパターンを示します。主要な噴火に先立つ時期にはCO2濃度はおよそ700 ppm付近で推移していました。およそ2億6,350万年前から—ちょうど火成岩体が形成され始めたころ—CO2は着実に低下し、主要な洪水玄武岩相の終わりごろには約350 ppm付近に達しました。注目すべきは、この最低値が堆積物中の水銀スパイクと重なっている点で、これは激しい火山活動の独立した指標です。のちにより小規模だが爆発的な珪長質噴火が起きると大気中CO2は再び約1000 ppmへ上昇し、その後火山活動が弱まると約600 ppmへ落ち着きました。つまり、最大の溶岩供給期に大気CO2が大幅に吸収されたことになり、従来のモデルが予測するものと逆の状況です。

隆起した海底岩が巨大なCO2スポンジに

この逆説を説明するため、著者らは溶岩の下にあるエメイシャン地体の地殻基盤に目を向けます。主要噴火が始まる前に、深部から上昇した高温のマントルプルームが上覆する地殻を押し上げ、数百キロにわたって幅広い円頂を形成し、高さは最大で約1 kmに達しました。この隆起は揚子江（Yangtze）プラットフォームの厚い炭酸塩岩—かつての海底石灰岩—を雨や河川、化学的侵食にさらすことになりました。これらの炭酸塩が風化する過程で大気中のCO2を消費し、溶解した形で海洋に供給しました。リチウム同位体や粘土に基づく変質指数などの風化強度を示す地球化学的トレーサーは、CO2低下と同じ時期にピークを示し、この解釈を支持します。計算では、隆起した炭酸塩岩の侵食は海洋の緩衝効果を考慮した後でも、大気全体に匹敵するかそれ以上のCO2を引き下げ得たことが示唆されます。

このLIPが異なって振る舞った理由

多くの他の火成岩体と比べ、エメイシャン溶岩自体はCO2が比較的少ない成分だったようです。つまり、噴火が大気に加えたガスの量は比較的控えめでした。シベリア・トラップのようにマグマが有機物を多く含む厚い堆積岩に貫入してそれらを加熱・脱ガスさせ大量の炭素を放出した例とは異なり、エメイシャンの貫入は主に炭酸塩岩をホストとする限定的な内帯にとどまりました。その結果、主要な炭素プロセスは大規模な脱ガスではなく、むしろ隆起によって促進された大規模な風化でした。温暖で雨の多い熱帯帯という環境と、ペルム紀の海洋が比較的緩慢に緩衝する特性が重なり、新たに露出した石灰岩が数百万年にわたって火山放出よりも多くのCO2を吸収することを可能にしました。

火山と気候を再考する

専門外の読者への要点は、巨大な火山活動が常に気候を同じ方向に動かすわけではないということです。エメイシャンの場合、深部からの熱が地表を変形させ、露出した岩石を一時的に巨大なCO2スポンジに変えたことで、溶岩が表面を覆う一方で大気中のCO2は減少しました。のちに異なる様式の噴火が支配すると、バランスは再びCO2放出側へ傾きます。このような複雑さは、なぜある大型火成岩体は壊滅的な大量絶滅と一致するのに対し他はそうでないのかを説明する助けとなり、マントルプルームから隆起、侵食、海洋化学、そして大気変化へと至る一連の連鎖全体を考慮する必要性を強調します。

引用: Shen, J., Zhang, Y.G., Yuan, DX. et al. Atmospheric CO₂ drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism. Nat Commun 17, 1657 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69600-z

キーワード: 古気候, 大型火成岩体, 二酸化炭素, 岩石風化, 大量絶滅