タールピット

トリニダード、ティエラ・ラブレアのタールピット
背斜トラップは、地層の垂直な亀裂（赤い矢印で示されている）を通して、表層のタールピットに原油を供給しています。原油が地表に到達すると、蒸発が起こり、軽い炭化水素が気化して、粘着性のあるアスファルトが残ります。

タールピットは、アスファルトピットまたはタールシープとも呼ばれ、大規模なアスファルト堆積層です。タールピットは、地下で分解した有機物が圧力を受けることで生成される石油の存在下で形成されます。この原油が亀裂、導管、または多孔質の堆積岩層を通って上方に浸透すると、地表に溜まることがあります。[ 1 ]原油の軽い成分は大気中に蒸発し、黒くて粘着性のあるアスファルトを残します。[ 1 ]タールピットは、大規模な化石群を含んでいるため、しばしば採掘されます。[ 1 ]

タールピットは石油埋蔵量の上に形成され、これらの鉱床は背斜トラップで発見されることが多い。実際、地球上で発見される石油の約80％は背斜トラップで発見されている。[ 2 ]背斜とは、地層の褶曲であり、褶曲の半分は頂上から下に向かって下がる。このような構造は通常、逆断層の上や、土地が曲がったり褶曲したりしている地殻変動の領域で発達する。下向きの褶曲（アーチ）の上の構造が頁岩などの非多孔質の岩石または帯水層である場合、それは背斜トラップとみなされる。[ 2 ]このセクションの図は、背斜トラップに閉じ込められた石油を示す漫画の断面図です。石油埋蔵量の上にある地層に断層または亀裂がある場合、石油は地表に移動する可能性がある。これは、毛細管現象と、石油が水よりも密度が低いために可能となる。[ 3 ]

化学

タールピットはアスファルトのプールです。しかし、形成当初は、必ずしも粘着性があり密度が高かったわけではありません。プールは、地球の地表下に起源を持つ原油で構成されていました。原油は、ヘテロ原子化合物、炭化水素、金属、無機化合物の混合物です。[ 4 ]ヘテロ原子化合物は、炭素や水素以外の元素を含む有機分子であり、炭化水素は炭素と水素のみを含みます。[ 4 ]原油は、軽質炭化水素の割合が高いため、アスファルトよりも粘性が低くなります。 [ 5 ]軽質炭化水素には、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどのアルカンが含まれます。[ 6 ]これらの分子の分子量は非常に小さいです。原油には、 CO 2、 H 2 S、 N 2、 O 2などの無機不純物も含まれている場合があります。[ 6 ]表面では、これらの軽い分子が原油から蒸発し、より重く粘着性の高い分子が残ることがあります。アスファルト、またはビチューメンは通常、50個以上の炭素原子を含む炭化水素分子鎖で構成されています。[ 5 ]炭化水素鎖が長くなるほど粘性が高まり、沸点が上昇します。[ 5 ]  

蒸発はタールピットの形成において重要なプロセスです。地球上の軽質原油層は、わずか数日で初期体積の最大75%まで減少し、アスファルトを形成します。中質原油の場合は、体積が40%減少することもあります。[ 7 ]原油の蒸発の仕方は、その化学組成によって異なります。[ 4 ]ビチューメンサンプルの平均重量組成は、炭素80.2%、水素7.5%、酸素7.6%、窒素1.7%、硫黄3.0%です。[ 2 ]

有名なタールピット

ラ・ブレア

ラ・ブレア・タールピットはロサンゼルスにあります。地表に見える石油は、ソルトレイク油田の油層と、レペット層およびピコ層のオイルサンドから供給されています。[ 8 ]これらの油層は、中新世に海洋プランクトンが海盆に蓄積したときに形成されました。[ 9 ] 長い年月をかけて、堆積物が生物を地表から300～1000メートル下に埋め、高圧にさらしました。この過程で有機物が油に変化しました。ソルトレイク油田を横切る6番街断層は、ラ・ブレア・タールピットに石油を供給する導管です。[ 8 ]石油は長い年月をかけて地表に移動し、過去5万年の間、動植物を捕らえて保存してきました。[ 9 ]

カーピンテリア

カーピンテリア・タールピットは、カリフォルニア州カーピンテリアのタールピット公園内にあります。これらのタールピットは更新世に形成されたと推定されています。発掘調査では、25種の植物、55種の鳥類、26種の哺乳類が発見されました。[ 10 ] タールの泉は、今も海成頁岩の層序の亀裂から地表に滲み出ています。[ 10 ]

ビナガディアスファルト湖

ビナガディ・アスファルト湖はアゼルバイジャンにあります。このタールピットは、更新世に繁栄した哺乳類であるホラアナライオンの頭部と体が複数保存されていることで知られています。[ 11 ]ビナガディ・アスファルト湖では、保存状態の良い馬の頭蓋骨も発見されました。これは9万6千年から12万年前のものと推定され、アゼルバイジャンのバクーにあるアゼルバイジャン自然史博物館に展示されています。[ 12 ]

ピッチ湖

トリニダード・トバゴにある、ビチューメンで満たされた大きなボウル状の窪地。湖の最大深度は250フィート、面積は100エーカーで、地球上で最大の固体ビチューメンの堆積層となっている。[ 13 ]湖岸付近は冷たく密度が高く、上層は歩行可能な状態にある。この層の下では、アスファルトが絶えず攪拌されている。湖の中央付近では、ビチューメンが泡立ち始めるにつれて、湖は徐々に軟らかく熱くなる。湖の中央から放出されるガスは、主にメタンと多量の二酸化炭素である。[ 14 ]

ピッチ湖は数千年前、地殻変動によって形成されました。断層運動によって生じた亀裂が、地殻深部の石油・ガス層にまで達しました。石油とガスは長い時間をかけて亀裂から地表に浸透し、ピッチ湖を形成しました。この石油とガスの絶え間ない補給により、湖にはわずかな流れが生じています。ピッチ湖の表層はほとんどが固体であるため、この流れはほとんど目立ちません。[ 13 ]

化石

1938年のビナガディアスファルト湖の古生物学的発掘
ビナガディアスファルト湖で発見されたサイの骨格

タールピットは、多くの化石が見つかるという特徴があります。これは、厚く粘り気のあるアスファルトが動物を閉じ込めるためです。[ 15 ]  動物がタールに足を踏み入れると、アスファルトが十分に温かく粘り気があれば、動けなくなり、すぐに沈み始めます。これらの無力な動物を見た捕食動物は、通常、次の獲物を捕らえることを期待してタールピットに進入します。その結果、発掘作業中に捕食動物の足元から獲物が発見されることがよくあります。[ 15 ]

動物の骨や硬い部分は、死後すぐに地中に埋もれたため、良好な状態で保存されています。地表下では、硬い部分はアスファルトに覆われ、風化を加速させる可能性のある雨、風、雪といった気候変動から保護されています。また、アスファルトには酸素と水が不足しているため、好気性菌やバクテリアなどの主要な分解生物も存在しません。

ラ・ブレア・タールピットでは、1906年以来100万個以上の骨が発見されており、脊椎動物231種、無脊椎動物234種、植物159種が確認されています。[ 9 ]ラ・ブレア・タールピットで最も頻繁に発見される大型哺乳類は、更新世に生息していた最も有名な先史時代の肉食動物の1つであるダイアウルフです。[ 16 ]サーベルタイガーやコヨーテの化石も豊富でした。[ 9 ]継続的な発掘プロジェクトにより、新たな化石が絶えず発見されています。[ 9 ]

生物

ラ・ブレア・タールピットの約2万8000年前の天然アスファルトサンプルから生命が発見されました。[ 17 ]水や空気がほとんどない、あるいは全くない環境でも繁殖できる能力を持つ数百種の新種の細菌が発見されました。これらの細菌は炭化水素やその他の石油製品を分解できる特殊な酵素を持っています。 [ 17 ]これらの天然アスファルトピットの細菌の起源は不明ですが、数千年前のアスファルト浸透事故を生き延びた既存の土壌微生物から進化したと考えられています。土壌微生物は過酷な新しい環境に適応し、遺伝的変化を遂げる必要があり、それが最終的に新しい細菌種を生み出しました。[ 17 ]

ある研究によると、ラ・ブレア・タールピットで主に発見された細菌は、クロマティアル目ガンマプロテオバクテリア綱に属し、より一般的には紅色硫黄細菌と呼ばれています 。[ 17 ]紅色硫黄細菌は還元剤として水を利用しないため、呼吸時に酸素は生成されません。代わりに、硫化物の形の硫黄を還元剤として利用します。タールピットで発見された他の細菌は、ルブロバクテリア科に属していました。これらの細菌は、地球上で最も放射線耐性の高い生物の一つとして知られています。[ 17 ]  

トリニダード・トバゴにあるもう一つのアスファルト採掘場、ピッチ湖も、古細菌とバクテリアからなる微生物群集の生息地となっている。湖から採取されたマイクロリットルサイズの水滴の中に、ブルクホルデリア目と腸内細菌目の細菌微生物が生息しているのが見つかっている。 [ 18 ]ピッチ湖のバイオマスはアスファルト1グラムあたり最大10 7個の細胞と報告されている。 [ 19 ]これらの微生物の多くは、硫黄、鉄、メタン、その他の炭化水素を食べて生存する。[ 19 ]ピッチ湖は土星最大の衛星タイタンの表面環境を模倣しているため、継続的な研究が行われている。ピッチ湖での極限環境微生物の発見は、タイタンにある炭化水素湖における微生物生命の可能性についての洞察を与えてくれる。[ 19 ]

温室効果ガスへの寄与

ガスを放出するタールピット

タールピットは、地表での原油の分留によって形成される。原油の軽い炭化水素、メタン（CH 4）、エタン（C 2 H 6）、プロパン（C 3 H 8）などが蒸発して、アスファルトの化学組成を構成するより大きな炭化水素が残る。メタン、エタン、プロパンは主要な温室効果ガスおよび/または光化学汚染物質であるため、これは懸念される。[ 20 ]ラ・ブレア・タールピットは、1日あたり約500kgのメタンを排出している。[ 20 ]排出量が最も多いのは、地表下の堆積物からタールピットに原油を供給する導管である6番街断層沿いである。[ 20 ]また、近くの土壌からメタンが蒸発して、在来のイネ科植物の生理機能に影響を与えていることも発見された。ラ・ブレア・タールピットは、米国の陸上浸透帯の中で最も高い天然ガスフラックスを観測しています。[ 20 ] 地球規模で見ると、堆積岩中のガス浸透による地質学的CH 4およびC 2 H 6排出量は、それぞれ50～70 Tg/年、2～4 Tg/年と推定されています。これらの値は、人為的な化石燃料の燃焼による世界のCH 4およびC 2 H 6排出量（それぞれ約100～150 Tg CH 4 /年、6～8 Tg C 2 H 6 /年）の約半分に相当します。[ 20 ]これらの炭化水素排出は、タールピットにおける石油の生分解とメタン生成に寄与している可能性があります。[ 20 ]  

大気中の温室効果ガスをモデル化する際に、メタンやその他の炭化水素の天然の地質学的発生源を考慮する必要がある。大気中の炭化水素の全ての発生源が人為的な排出によるものではない。[ 20 ]

タールピットの危険性

都市部や工業地帯における炭化水素の漏出は、炭化水素の爆発性により地質学的災害を引き起こす可能性があります。1985年3月24日、ロサンゼルスのロス衣料品百貨店（ラ・ブレア・タールピットから北へわずか1マイル）の床スラブと基礎壁の間の小さな隙間からメタンガスの塊が漏れ出しました。このメタンガスの塊が爆発を引き起こし、21人が負傷しました[ 21 ] 。この事件により、この地域におけるメタンガスの塊と炭化水素の漏出の潜在的な危険性に対する認識が高まりました[ 21 ] 。

古植物の行動の鍵

タールピットは優れた保存料であり、アスファルトに倒れた木の炭素同位体データを提供する能力もあります。先史時代の木の炭素同位体データを観察することで、古大気中のさまざまな量の二酸化炭素に対する植物の反応についての情報を明らかにすることができます。[ 22 ]最終氷期のジュニパーの木のサンプルがラ ブレア タールピットから回収され、細胞間および大気中の CO2 の比率が氷河期の木と現代の木で類似していることが明らかになりました。最終氷期の二酸化炭素の量は 180～200 ppm (現在は 409.8 ppm) であったため、[ 23 ]光合成に利用できる炭素は少なかったです。ジュニパーの木は炭素が制限される条件下で生き残るためにCO2 の吸収を強化する必要がありました。この期間、樹木の気孔コンダクタンスと葉緑体のCO2需要が高くなり、炭素消費が増加した可能性があります。 [ 22 ]その後の間氷期に入ると、気温上昇と大気中の二酸化炭素濃度の上昇により、ジュニパーの気孔コンダクタンスと葉緑体の二酸化炭素需要は減少しました。炭素レベルの変動に対するこの反応は、植物において長年にわたり観察されています。例えば、低二酸化炭素環境で生育した現代のC3植物では、気孔コンダクタンスの増加が観察されています。[ 22 ]また、最終氷期の湿潤な気候により植物の窒素利用能が向上し、葉の窒素濃度が上昇した可能性も考えられています。この変化がジュニパーの光合成能力を高めた可能性があります。[ 22 ]

タールピットと人類の歴史

プレコロンブス時代の女性、ラ・ブレア・ウーマンの遺体が、1914年にラ・ブレア・タールピットから発見された。頭蓋骨と骨格の一部のみが保存されており、彼女は約9,000年前に死亡したと判断された。[ 24 ]彼女は死亡時に18～24歳で、身長は4フィート8～10インチであった。[ 24 ]これは、タールピット内で人骨が発見された唯一の報告例である。[ 25 ]

数千年にわたり、ネイティブアメリカンはラ・ブレア・タールピットのタールを接着剤や結合剤として使用してきました。[ 1 ]彼らはそれを防水コーキング材として船や籠の内張りに使用していました。ヨーロッパ人がタールピットに到着すると、近隣の町で屋根材用のタール採掘と抽出を始めました。[ 1 ]

参考文献

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