パンゲアメガモンスーン
古気候学的仮説

パンゲア・メガモンスーンとは、古代の超大陸パンゲアが明確な季節風（モンスーン）の逆転現象を経験し、年間を通して乾期と湿期の極端な変化をもたらしたという古気候学的 仮説を指す。パンゲアは、石炭紀後期からジュラ紀中期にかけて、地球上のすべての大陸塊が集まった場所であった。[1]大陸が互いに接近し続けるにつれてメガモンスーンは激化し、パンゲアの大陸表面積が最大となった三畳紀に最大強度に達した。[2] [3]

メガモンスーンにより、超大陸内部は極度の乾燥地帯となり、昼間は猛暑、夜は極寒となり、陸上生態系にとって居住不可能な状態となった。しかし、沿岸地域では季節性があり、夏は雨が多く、冬は乾燥した気候へと変化した。[3]

モンスーン循環

モンスーン循環は、季節的な風向の逆転として定義され、影響を受けた地域全体で降水パターンに大きな変化をもたらします。したがって、モンスーンは雨季と乾季という2つの主要な季節によって特徴付けられます。モンスーン循環は、少なくとも1つの大きな陸地と大きな水域が互いに近接して存在することによって誘発されます。現在最もよく研​​究されているモンスーン循環は、東アジアモンスーンです。

発見

パンゲアモンスーン循環の概念は1973年に初めて提唱された。[3]地質学的記録に残る蒸発岩は、パンゲア中心付近に広大かつ広範囲にわたる持続的な乾燥地帯が存在したことを示唆しており、この理論の普及の初期の証拠となった。超大陸内部、特に東部は、循環を駆動する半球気圧システムによって大気中の水分がほぼすべてこの地域から排除されたため、極めて乾燥していたと考えられる。[3]その後、大陸外縁部に沿った石炭鉱床の調査によって、モンスーン駆動型気候の兆候が得られた。地質学的記録におけるこれらの両方の特徴は、モンスーン循環の存在を示唆している。[3]

パンゲア・メガモンスーン説の信憑性が増すにつれ、古気候学者たちは、観測とモデルが仮説を裏付けるかどうかを確かめるため、循環の気候学的影響を予測した。一般的なコンセンサスとして、メガモンスーンの存在を立証するために必要な4つの主要な兆候が挙げられた。[3]

  1. 季節性の岩石学的指標は、パンゲア海岸に沿った広範囲に及ぶはずです。
  2. ゾーンフローレジームからの逸脱を示す証拠を特定する必要がありました。
  3. 記録によれば、パンゲアの赤道地域は長期にわたる乾燥に悩まされていたはずである。
  4. モデルと地質学的観測によって、この循環が三畳紀にピークに達したことを証明する必要があるだろう。[3]

パンゲアのモンスーン気候

北半球の夏、地球の地軸の傾きが太陽に向いていた時期、ローラシア大陸は最も直射日光を浴び、大陸上空には広く暖かい上昇気流と低地気圧が生じたと考えられる。モデルは、この季節低気圧が緯度35度、つまりテチス海の比較的近い地点に位置していたことを示唆している。[4]ゴンドワナ大陸では、陸地への太陽放射が少なくなり、気温が低かったため、高気圧が優勢であったと考えられる。[5]

気圧傾度力は、空気が高気圧から低気圧へと移動することを指示します。この力は、南半球からローラシア大陸へと大気の流れを促し、テチス海を横断します。テチス海の水は気団へと蒸発します。最終的に気団はローラシア大陸の海岸に到達し、大量の降雨をもたらします。[5]モデルは、世界平均の降水量は年間約1,000mmと推定しており、雨季には沿岸地域で1日あたり8mm以上の雨が降ります。[4]大気の流れがゴンドワナ高気圧から遠ざかるため、地上の風は分散し、南半球全体で晴天で非常に乾燥した状態が生まれます。[4]

いくつかの研究によると、三畳紀の循環は非常に激しく、主に東から吹く全球的な風の流れの一部を逆転させるほどだったと示唆されています[3] [6] [7]。そのため、西風が西海岸に影響を与えました。その結果、各大陸の西海岸沿いの地表収束が最大化され、季節性が高まりました[3] 。

北半球の冬、地球の傾きが太陽から離れる方向に向くと、循環は逆転し、太陽放射量が最も多い領域が南半球へと移動した。すると、空気はローラシア（高気圧域）からテチス海を越えてゴンドワナ（低気圧域）へと移動した。南半球への水分の移流はゴンドワナ沿岸で激しい降雨を引き起こしたが、ローラシアは非常に乾燥した状態を保っていた。[4]

現在との比較

東アジアモンスーンの形成要因とパンゲア紀の気候に影響を与えたと考えられる要因の間には、顕著な類似点が見られる。これは、パンゲア紀の気候がモンスーンに支配されていたという説を裏付けるものであり、古気候学者に現代の事例を提供することで、その研究に役立っている。テチス海の幅はインド洋の幅とほぼ同じであったと考えられている[3]。インド洋は陸地に向かう気団に、モンスーンによる環境を支えるのに十分な水分を供給できることは十分に裏付けられている。したがって、テチス海も同様に供給できたはずである。

多くの古気候モデルがパンゲアの気候パターンを再現しようと試みてきました。これらのモデルは、東アジアモンスーンと類似した結果をもたらしました。例えば、あるモデルは、大陸上の季節的な気圧差（冬季の高気圧と夏季の低気圧）が25ミリバールであると報告しました[4]。一方、アジアの気圧は年間平均で36ミリバール変動します[3] 。

中央パンゲア山脈は、東アジアモンスーンにおけるチベット高原と同様の役割を果たした可能性がある。[ 3 ]モデルシミュレーションによると、この山脈がなければ、モンスーンの循環は大幅に弱まっていただろうと示唆されている。[4]標高が高いほど、夏の雨季における地表加熱と潜熱放出が最大化され、大気循環が強化された可能性がある。 [8]しかし、山脈の標高が不明であるため、この山脈が及ぼした影響の程度については依然として大きな不確実性がある。

地質学的記録

石炭と蒸発岩

石炭は、その形成に植物質と湿潤な条件の両方を必要とするため、典型的には湿潤気候の指標となります。石炭鉱床が時間の経過とともに極地へと移動してきたことは、降水量が最も多かった地域が赤道から遠ざかってきたことを示唆しています。しかしながら、石炭の生成は降水量に二次的に依存しているため、地質学者は石炭を降水量の気候指標として用いることに依然として慎重です。[3]大量の蒸発が起こると蒸発岩が形成され、乾燥状態を示します。

黄土

黄土、つまり風に運ばれた塵は、過去の大気循環パターンの指標として用いることができる。モンスーンが存在しなければ、地球全体の地上風は主に帯状かつ東風であったであろう。しかし、地質学的記録は、風が赤道を通過する南北方向のパターンを示していたことを示しているが、同時に、メガモンスーンのピーク期には西パンゲアで偏西風が吹いていたことも示している。[3] [9] [10]

古生物学的証拠

パンゲア時代に遡る化石も、超大陸の気候を強いモンスーン循環が支配していたという主張を裏付けている。例えば、樹木の年輪（成長輪とも呼ばれる）は、年間の気象パターンの明確な変化を説得力のある形で証明している。季節性のない地域に根付いた木は、成長しても幹に年輪が現れない。しかし、かつて中緯度のパンゲア沿岸地域であった地域から発掘された木材の化石には、年輪がはっきりと現れている。[2]他の古植物相は、1年のうちかなりの期間が温暖で湿潤な季節であったことを示唆している。これらの地域からは、薄いクチクラと対称的な気孔分布を持つ大きく滑らかな葉や、熱帯性のシダ類が発見されている。[2]

パンゲア大陸に生息していた無脊椎動物と脊椎動物は、季節性に関するさらなる証拠を示しています。例えば、ニシキガイ科二枚貝の殻には均一な縞模様が見られます。ニシキガイ科二枚貝は水生生物であり、浅く酸素が豊富な湖でのみ繁栄していました。夏の間、雨が降り続くと、ニシキガイ科二枚貝は好気呼吸を行い、炭酸カルシウムを沈殿させて殻を成長させました。冬に降雨が止むと、パンゲア大陸内の浅い水生環境は干上がり始めました。こうして、ニシキガイ科二枚貝は環境中の酸素を枯渇させ、最終的に嫌気呼吸に頼らざるを得なくなりました。嫌気呼吸によって酸性の廃棄物が生成され、これが炭酸カルシウムの殻と反応して暗い色の輪を形成し、明確な乾季の存在を示しました。夏の雨が戻ると、好気呼吸が回復し、炭酸カルシウムが再び生成されました。乾燥した冬から雨の多い夏への移行は、ウニオイガイ科二枚貝の殻に現れる明るい帯と暗い帯の交互のパターンに記録されている。[2]

ハイギョの穿孔パターンは、水位の上昇と下降とよく相関している。[2]水位は雨季には上昇したが、風向の変化によって水分が流れ去り、乾季が始まったため急速に低下したと考えられる。季節性のさらなる証拠は、他の脊椎動物の化石にも見られる。これらの化石は、冬の間に相当量の乾燥が進んだ痕跡を示しており、その後、（長引く雨期に起因する）泥流に埋もれて保存されたと考えられる。 [2]

進化

石炭紀

石炭紀の大部分において、熱帯地方は湿潤な気候に見舞われ、ゴンドワナ大陸の高緯度地域は氷河に覆われていた。[11]しかし、水分の極方向への移動の最初の兆候は石炭紀後期に現れた。地質学者たちは、過去の石炭集積地域が赤道からより離れた場所で堆積し始めた様子を追跡してきた。これは、降水パターンが熱帯地方から高緯度地域へと移行した証拠である。[3]しかし、陸地の分布は依然として南半球に集中していた。そのため、大気の流れは概ね帯状であり、[12]モンスーン循環がまだ気候パターンを支配し始めていなかったことを示している。

ペルム紀

ペルム紀までに、モンスーン循環は岩相に顕著に現れました。西風（夏季モンスーン、つまり雨季を示唆する）は、ペルム紀初期に観測されました。[13]大陸は北方への移動を続け、その過程で陸地は赤道上により均等に分布するようになり、メガモンスーンは激化を続けました。

ゴンドワナ大陸の北上も、緩やかな氷河融解に影響を与えました。[14]気候モデルは、惑星の氷床が減少するにつれて低気圧が強まり、モンスーンの影響を増幅させたことを示しています。これはまた、熱帯地方の乾燥化を加速させる要因となりました。したがって、氷期・間氷期のパターンがパンゲア・モンスーン循環に大きな影響を与えた可能性が示唆されています。[15]また、モデルは、石炭紀からペルム紀にかけて世界中の二酸化炭素量が大幅に増加し、気温上昇につながったことも示しています。

三畳紀

三畳紀にはメガモンスーンの勢力が最大に達しました。これは、この時期にシベリアと北中国クラトン、南中国クラトンが最終的に加わり、超大陸の表面積が最大になったためだと考えられています。陸地は北半球と南半球に均等に分布し、赤道によってほぼ完全に二分され、北緯85度から南緯90度まで広がっていました。[3]

パンゲア大陸の表面積の増加と陸地の両半球への均等な分散は、夏季の地表加熱を最大化した。[3]地表加熱が強ければ強いほど、対流はより激しくなった。上昇運動が強まることで、夏季の地表低気圧の中心気圧は低下したと考えられる。その結果、半球の気圧勾配が増加し、赤道横断流が増幅された。

さらに、三畳紀には地球は温室気候を経験しており、極地を含む大陸には氷が全く存在していませんでした。[16]間氷期はモンスーン循環の激化とよく相関しています。[17]記録は、この時期を通して風向が西寄りであったことを明確に示しています。また、古生物学的証拠が最も多く見られるのもこの時期です。[18] [3]

ジュラ紀

ジュラ紀初期には、超大陸は北方への移動を続け、テチス海沿岸はより持続的に湿潤になりました。[19]モンスーン循環はジュラ紀を通して弱まり始め、大陸は離れ始めました。[3]記録によると、大規模な大気の流れは徐々に帯状のパターンに戻りました。[5]そのため、大陸全体の気候パターンはそれほど極端ではなくなりました。

モデルシミュレーション

今日、パンゲア・メガモンスーンの存在は古気候学界で広く認められています。地質学的記録とモデルシミュレーションの両方において、その存在を裏付ける相当量の証拠があります。[4] [2] [3] [ 20] [21]しかしながら、特にモデリングの観点からは、依然としてかなりの不確実性が残っています。古気候学者が直面する大きな未知数の一つは、中央パンゲア山脈の影響です。モデルシミュレーションは、この山脈が存在しなければ、モンスーンの循環は大幅に弱まっていたであろうことを示唆しています。[4]

テチス海の北側には山地が位置しており、古テチスプレートの北上とその後の沈み込みによって形成された。[2]しかし、これらの山地の高さは未だ定量化されていない。科学者たちは、その標高を概算することが「極めて重要」であると認めている。[22]ヒマラヤ山脈に匹敵する極めて高い山脈は、大気循環を強め、低気圧を強め、沿岸部への水分輸送を加速させ、雨陰効果を引き起こし、山脈の風下側で乾燥を促進したと考えられる。 [23]

軌道周期がモンスーン循環に与える影響についても、研究が続けられています。[24] [4] [25]後期三畳紀のモンスーンは、少なくとも2200万年にわたる期間、ミランコビッチ周期の影響を特に受けていたようです。軌道離心率は降水周期に大きな影響を与えたようですが、この相関関係をより深く理解するには、さらなる研究が必要です。[26]

気候モデル作成者は、パンサラシック海の表層水と深層の循環をさらに理解し、説明しようと努めています。これらの循環によって生じる熱輸送は、シミュレーションされるモンスーンに大きな変化をもたらすため、それらを正確に再現することは非常に重要です。[4] [27]継続的な研究により、最終的には科学者はパンゲアの気候を支配したメガモンスーンの進行と挙動について、より完全な理解を得ることになるでしょう。

注記

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