更新世後期のアンデス火山活動、海洋肥沃化、海洋生態系の転換、そして世界的な冷却

火山、海、そして古代の冷却

約700万〜500万年前の更新世後期は、地球の気候が冷え込み、海洋生物が再編され、巨大鯨類が巨大化へ向かい始めた時代でした。本研究は意外な問いを投げかけます：アンデス山脈に沿った火山が、栄養豊富な火山灰を海に撒くことで海洋生物を豊かにし、大気中の二酸化炭素を引き下げ、地球をより冷たい条件へと傾けた可能性はあるか？化石記録、地球化学的データ、先進的な計算モデルを組み合わせ、陸上での噴火が海の生態と気候をどのように変え得たかを探ります。

海を養う山々

アンデスは世界で最も長い活火山帯を成し、南アメリカにそびえ、フンボルト海流や南洋など地球上で生産性の高い海域に接しています。そこの火山が爆発的に噴火すると、火山灰は大気高く飛ばされ、風に乗って海上へ遠くまで運ばれます。その火山灰は単なる塵ではなく、鉄、リン、ケイ素といった表層水で不足しがちな重要な栄養素を含みます。本研究は、アンデス火山活動が特に活発だった更新世後期に焦点を当てます。同時期の地球規模の記録には、海洋生産性の上昇、広範な海洋生態系の変化、大気中二酸化炭素の低下、そして全体的な冷却が示されています。著者らは、アンデス由来の繰り返される火山灰降下が海を肥沃化し、生物と気候の結びつきを強めたと提案します。

化石と海底泥が示す手がかり

この仮説を検証するため、研究者たちは世界中の多くの独立した記録を精査しました。ペルー沿岸やチリの海底堆積物には、火山灰を多く含む層が保存されており、そこにはケイソウ類（珪藻）の微細藻類、海綿の遺骸、多様な脊椎動物化石が詰まっていて、生産性の高い沿岸海域と複雑な食物網を示します。珪藻遺骸の世界的なデータベース、深海のリン酸塩濃度、ケイ素に富む堆積物の記録はいずれも更新世後期に生産性が顕著に上昇したことを示しています。同時に、鯨類や他の大型海棲動物の記録は興味深い物語を語ります：ヒゲクジラは急速に大型化した一方で、海洋メガファウナの絶滅率は上昇し、とくに鮮新世へ向けて増加しました。これらのパターンは、陸地からの栄養供給によって部分的に駆動された海洋生産性と生息地の持続的変化が海洋生物に強い圧力をかけたことを示唆します。

風と水に乗る火山灰を追う

次に研究チームはモデルを用いて、アンデスの火山灰が実際に十分な栄養を供給し得たかを検証しました。大気輸送モデルを使い、中央高地アンデスからの火山灰が現代に近い風パターン下でどのように拡散するかをシミュレートしました。多くの灰柱は南大西洋を越えて東へ運ばれ、さらに南インド洋へ流入する一方で、一部はチリ北部沖太平洋に直接降下しました。次に、これら火山灰由来の栄養フラックスを海洋物理、海洋生物、および炭素交換を追跡する地球システムモデルに供給しました。個々の噴火を短期間のパルスとして表現すると、モデルは珪藻の異常増殖と南洋での追加的な二酸化炭素吸収を示しました。これらのパルスが数十年から数百年ごとに繰り返されると、炭素の深層への輸送が持続的に強化される効果が蓄積されました。

深海の長い記憶

深海は応答が遅いため、著者らはさらに数万年の計算が可能な、より理想化された第二のモデルも用いました。このモデルでは、栄養素と炭素が海を巡り堆積物に埋没される過程を追いました。単発の火山灰パルスは大気中の二酸化炭素を一時的に低下させるにとどまり、深海が蓄えた炭素を最終的に表層へ戻すことで元に戻ってしまいます。しかし、噴火が頻繁に繰り返され—特に乾燥地域の拡大による背景塵の増加と組み合わさると—このモデルでは数千年にわたり約10〜15 ppmの二酸化炭素の持続的な低下が再現されました。それ自体は控えめな変化ですが、山岳隆起、海洋循環の変化、氷床の成長など更新世後期に働いていた他のプロセスと相まると重要になり得ます。

古代の火山灰が地球の冷却に果たした役割

最終的に、本研究は繰り返されるアンデスの噴火が単に古代の空を暗くしただけではない可能性を結論づけます。鉄やリンに富む火山灰を栄養貧困の南洋表層へ継続的に供給することで、珪藻の繁茂を助け、生物ポンプを強化して炭素を深海へ移し、大気中の二酸化炭素をわずかに低下させたというのです。この肥沃化は増加する塵の入力、海流の変化、増加する鯨類個体数からのフィードバックと混ざり合い、更新世後期の地球規模の冷却と海洋生態系の再形成に寄与した可能性があります。本研究は、地球の岩石圏・水圏・生物圏がどれほど密接に絡み合っているか、そして山から供給される火山「肥料」が何千年にもわたって海と大気に影響を及ぼし得ることを浮き彫りにします。

引用: Carrapa, B., Clementz, M.T., Cosentino, N.J. et al. Andean volcanism, ocean fertilization, marine ecosystem turnover, and global cooling in the Late Miocene. Commun Earth Environ 7, 335 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03457-4

キーワード: アンデス火山活動, 海洋の肥沃化, 更新世後期の冷却, 南洋の生産性, 海洋生態系の変化