32億年前、巨大隕石が海を沸騰させたが、生命の「肥料爆弾」となった

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30億年以上前、エベレスト山4つ分の大きさと推定される巨大な宇宙岩が地球に衝突したが、その衝撃は地球上の初期の生命体にとって予期せぬ恩恵をもたらした可能性があることが、新たな研究で明らかになった。

通常、宇宙の大きな岩石が地球に衝突すると、その衝撃は壊滅的な惨状を伴います。たとえば、6,600万年前の幅約6.2マイル（10キロメートル）の小惑星が衝突した恐竜の絶滅の場合です。現在のメキシコのユカタン半島の海岸。

しかし、地球のナジャ・ドラボン助教授によると、恐竜絶滅の引き金となった小惑星チクシュルーブの50～200倍の質量を持つと推定されるS2隕石が32億6,000万年前に衝突したとき、地球は若く、まったく違った場所だったという。ハーバード大学で惑星科学を学ぶ。彼女はまた、月曜日に米国科学アカデミー紀要誌に掲載された、S2 の影響とその余波について記述した新しい研究の筆頭著者でもある。

「複雑な生命はまだ形成されておらず、細菌と古細菌の形で存在するのは単細胞生命だけでした」とドラボン氏は電子メールで書いた。 「海にはおそらくいくらかの生命が存在していましたが、栄養分が不足していたこともあり、現在ほどではありませんでした。始生代の海洋を「生物学的な砂漠」と表現する人もいます。始生代の地球は、突き出た島がほとんどない水の世界でした。おそらく鉄分が豊富な深海からの海は緑色だったと思われるので、それは奇妙な光景だっただろう。」

S2 隕石が衝突したとき、世界的な大混乱が続いたが、その衝撃により細菌の生命を豊かにした可能性のある成分もかき混ぜられた、とドラボン氏は述べた。この新たな発見は、地球とその誕生したばかりの生命が、惑星が形成されて間もない宇宙の岩石からの衝突にどのように反応したかを科学者が理解する方法を変える可能性がある。

古代の影響を明らかにする

地球の歴史の初期には、宇宙の岩石が頻繁にこの若い惑星に衝突しました。研究著者らによると、直径10キロメートルを超える「巨大衝突体」が少なくとも1500万年ごとに地球を衝突させたと推定されており、これは始生代に少なくとも16個の巨大隕石が地球に衝突したことを意味する。 40億年前から25億年前まで続きました。

しかし、これらの衝撃事象の影響については十分に理解されていません。そして、巨大なクレーターが火山活動やプレートの動きによって覆われ、地球の地質が常に変化していることを考えると、数百万年前に何が起こったのかを示す証拠を見つけるのは困難です。

ドラボンは初期地球の地質学者で、最初の大陸が形成される前の地球がどのようなものだったのか、そして激しい隕石の衝突が生命の進化にどのような影響を与えたのかを理解することに興味を持っています。

「これらの影響は、地球上の生命の起源と進化に大きな影響を与えたに違いありません。しかし、それがどのように正確に行われるのかは依然として謎のままだ」とドラボン氏は語った。 「私の研究では、巨大な衝撃が幼少期の人生にどのような影響を与えたかについて、実際の『確かな』証拠を調べたかったのです。冗談ですいません。」

ドラボン氏と同僚は、南アフリカのバーバートン・マコンジュワ山脈の岩石の中から手がかりを探すためにフィールドワークを行った。そこでは、36 億年から 32 億年前の間に起こった 8 つの衝突イベントの地質学的証拠が岩石の中で見つかり、小球体と呼ばれる小さな隕石衝突粒子を通して追跡することができます。

ガラス質または結晶質の小さな丸い粒子は、大きな隕石が地球に衝突したときに発生し、小球体層として知られる岩石の中に堆積層を形成します。

研究チームは南アフリカでさまざまなサンプルを収集し、岩石の組成と地球化学を分析した。

「私たちの一日は通常、サンプリング場所に行くために山への長いハイキングから始まります」とドラボン氏は言います。 「幸運なことに、私たちを近づけてくれる未舗装の道路があることもあります。現場では、衝突イベント層全体の岩石の構造を詳細に研究し、大ハンマーを使用してサンプルを抽出し、後で研究室で分析します。」

しっかりと挟まれた岩石の層には鉱物の年表が保存されており、研究者らは S2 隕石の衝突時に何が起こったかを再現することができた。

破壊の波

S2 隕石は、衝突時の直径は 23 ～ 36 マイル (37 ～ 58 キロメートル) でした。ドラボン氏によると、その影響は迅速かつ猛烈だったという。

「ケープコッドの沖合、浅瀬の棚に立っている自分を想像してみてください」とドラボン氏は言う。 「強い流れがなく、低エネルギーの環境です。すると突然、巨大な津波が押し寄せ、海底を引き裂きます。」

津波は世界中に押し寄せ、その衝撃による熱は非常に強烈で、海の表層が沸騰してしまいました。海洋が沸騰して蒸発すると、衝突直後の岩石で観察されたような塩が形成されるとドラボン氏は述べた。

衝突によって大気中に吹き込まれた塵により、地球の反対側であっても数時間以内に空が暗くなりました。大気は加熱され、厚い塵雲により微生物が太陽光をエネルギーに変換することができなくなりました。陸上や浅海に生息する生物は直ちに悪影響を感じ、その影響は数年から数十年持続したと考えられます。

最終的には雨が降って海の表層が戻り、砂埃が沈んだことでしょう。

しかし、深海の環境となると話は別だ。津波は鉄などの元素をかき混ぜて地表にもたらした。一方、浸食により海岸の瓦礫が海に流れ込み、隕石からリンが放出された。実験室での分析では、衝撃直後に鉄とリンを栄養とする単細胞生物の存在下でスパイクが発生していることが示された。

ドラボン氏によると、生命は急速に回復し、その後繁栄したという。

「衝突前、浅瀬には栄養分や鉄などの電子供与体が不足していたため、海洋にはいくらかは存在したが、それほど多くはなかった」と彼女は言う。 「衝撃により、リンなどの必須栄養素が地球規模で放出されました。ある学生は、この衝撃を「肥料爆弾」と適切に呼んだ。全体として、これは地球上の初期生命の進化にとって非常に良いニュースである。なぜなら、生命の進化の初期段階では、衝突は現在よりもはるかに頻繁だっただろうからである。」

地球は直撃にどう反応するか

ドラボン氏によると、S2小惑星衝突とチクシュルーブ小惑星衝突は、宇宙岩石のそれぞれの大きさと衝突時の惑星の段階によって異なる結果をもたらしたという。

チクシュルーブ衝突装置は地球上の炭酸塩プラットフォームに衝突し、大気中に硫黄が放出された。排出物はエアロゾルを形成し、表面温度の急激な極端な低下を引き起こしました。

そして、どちらの衝突も重大な死滅を引き起こしたが、浅海に生息する丈夫で太陽光に依存する微生物は、S2衝突後、海が再び埋め戻されて塵が静まれば急速に回復しただろうとドラボン氏は述べた。

「S2 衝突当時の生活ははるかに単純でした」と彼女は言いました。 「朝に歯を磨くことを検討してください。99.9% の細菌を除去できるかもしれませんが、夕方になると細菌は戻ってきます。」

マサチューセッツ工科大学の地球惑星科学のロバート・R・シュロック教授ベン・ワイスは、論文にある小球体層の地質学的観察に興味をそそられ、これにより研究者は天文学者が記録した方法で地球の太古の影響を探ることができると信じている。火星のような惑星の表面を研究できる。ワイス氏はこの研究には関与していない。

「今日、地球上に保存されている衝突クレーターは、ここで研究されている岩石を生成したと推定される大きさに近いものはありません」とワイス氏は述べた。 「もちろん、私たちの記録の特別な点は、たとえ断片的で不完全であっても、生命の初期進化に対する衝撃の影響を知ることができる、現在詳細に研究できる唯一の記録であるということです。また、これらの観測の非常に局所的な性質（南アフリカの小さな地域での露頭）にもかかわらず、これらの巨大衝突現象の地球規模の性質について何かを理解し始めていることも印象的です。」

バーバートン・マコンジュワ山脈の岩石は、ドラボンとその同僚にとって、地球への影響の歴史に関する全く新しい研究分野を切り開いている。

「私たちは、地球の歴史の初期における他の衝突事象の後に、これらの環境変化と生物学的反応がどの程度一般的であったかを解明することを目指しています」と彼女は述べた。 「それぞれの影響の影響はさまざまな要因に依存するため、私たちは生活に対するそのようなプラスの影響とマイナスの影響がどのくらいの頻度で発生したかを評価したいと考えています。」

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