暁新世-始新世温暖化極大(ぎょうしんせい-ししんせいおんだんかきょくだい)は、数千年あるいはそれ以下の短期間で進行したと推定されている、約5500万年前に起きた急速な全球的温暖化現象。新生代に発生した温暖化現象では史上最大規模のものである。全球の平均気温が5 - 9°C上昇したほか、炭素同位体比(δC)が大きく低下し、海洋の炭酸塩の溶解による海洋酸性化も発生した。また、この出来事は霊長類の進化史にも大きく影響したと見られている。

## 原因

原因は、重いCに乏しい軽い炭素が大気・海洋に莫大に付加され、二酸化炭素による温室効果が働いたこととされている。この二酸化炭素の起源としては以下が考えられている。

## 進行

温暖化極大の初期について、二酸化炭素が海水に溶けて海洋の酸性化を起こし、炭酸塩補償深度(CCD)と溶解躍層(リソクライン)が上昇、海底に堆積していた炭酸塩が溶解してさらに温暖化を促進するという、正のフィードバックが生じて温暖化が強化されたと提唱されている。CCDの上昇は全球的に深海底堆積物の炭酸塩含有量の低下をもたらした。太平洋や南極海での炭酸塩減少は部分的な程度に留まったが、大西洋やカリブ海ではほぼ完全に堆積が停止した。CCDは温暖化開始から数千年で上昇し、その後数万年をかけて元の深さに戻ったと推測される。

この炭酸塩の融解により、温暖化極大初期や直前の海底炭酸塩は溶解してしまっており、当時の記録は深海コアに保存されていない。掘削や生物擾乱の影響も考慮すると、当時の炭酸塩が保存されているのはCCD以浅の浅い遠洋や陸棚堆積盆などのコアに限られる。南半球高緯度のCCD以浅のコアからは三段階のδC値の負シフトが見られ、初期の負シフトほど顕著であることが示された。この解釈として、大気・海洋への炭素供給が複数回に及んでいる、炭酸塩の主な起源となったナノプランクトンの種の構成比率が変化している、再堆積・生物擾乱・溶解などによる二次的なノイズが入っているなどの主張が提唱されており、2008年時点では最後の仮説が有力視されている。ニュージャージー州の陸棚堆積物などから得られた単一固体の浮遊性有孔虫から得られたδC値は最初期に唯一最大かつ急激な負シフトを示しており、地質学的にはごく短期間の変動があったことが示唆されている。

## 規模

暁新世 - 始新世温暖化極大は、陸上植物由来の生命存在指標や、陸上動物の歯のエナメル質、土壌炭酸塩、底生有孔虫殻の炭酸塩、海で形成された炭酸塩岩などのδCの負シフト(CIE)から示唆されている。海洋の炭酸塩有機物から得られたCIE幅は2 - 3‰と推定されていたが、浮遊性有孔虫からは約3.5 - 4‰、植物バイオマーカーからは約5‰のCIEが示唆されており、2 - 3‰という推定値は過小評価されているという見解で合意が得られている。

真のCIE幅の規模を推定するための仮説として、堆積した炭酸塩の溶解や、あるいは炭酸塩の堆積しない時代があったことが考えられている。ただし、炭酸塩のギャップや、二次的なδCの上書きを考慮しても、大気二酸化炭素の真の炭素同位体比の負シフトが植物バイオマーカーから示唆されるCIE幅と一致する場合、浮遊性有孔虫から示唆されるCIE幅との間に1.5‰の差が存在する。このため、以下の3つの仮説が提唱されている。

- 植物由来のδC値は大気のδC値よりも大きく負に傾く。
  - 植物生理の変化に起因する。温暖化に伴う湿潤化により光合成の際の同位体分別が大きくなる。
  - 植物群集の変化に起因する。ワイオミング州では湿潤化自体は確認されているが、その気候変化と負シフトが対応していない。温暖化極大前後の植物相は針葉樹と双子葉類がそれぞれ約75%と約25%を占めていたが、極大期中は双子葉類がほぼ100%を占めていた。相対的にδC値の小さい被子植物が卓越したため、実際の負シフトよりもさらに負に傾いたδC値が記録される。
- 植物由来のCIE幅が大気のCIE幅を反映している。
  - 現世の裸子植物と被子植物で見られるCIE幅は、現在の大気中の低二酸化炭素濃度条件下での水利用効率の差に起因しており、二酸化炭素濃度の高い古第三紀では差は大きくはなかったとする。また、北極海のロモノソフ海嶺から得られた水素同位体比や気候シミュレーションからは、乾燥気候から湿潤気候への移行は示されていない。

2007年には、植物生理変化説と植物が真のCIE幅を反映している説の両方を採用した仮説が提唱された。これは、北極海で採取された針葉樹由来バイオマーカーのCIE幅が約3‰、被子植物由来トリテルパンのCIE幅が約6‰であったことに基づき、針葉樹では大気と同じδC値変動が記録され、被子植物では温暖化・湿潤化による生理変化に伴ってCIE幅が大きくなったとするものである。

## 影響

海洋底掘削で得られた浮遊性有孔虫の殻より得られたホウ素の同位体比から、当時の海洋のpHひいては大気二酸化炭素濃度を推定できる。それに基づくと、暁新世から始新世の大気二酸化炭素濃度は2000ppmvで、新第三紀中新世以降の濃度である約300ppmvの約6倍であった。テトラエーテル脂質温度計での測定によると、南極で約4°C、南半球中緯度で約1 - 4°C、北半球中緯度で約5 - 8°C、北極で約5°Cの温度上昇が見られている。

後期暁新世末には、白亜紀から支配的であったベラスコ型底生有孔虫群集の20 - 40%が絶滅した。これは陸上の温暖化により降水量が増大し、表層水の塩濃度が低下して密度差が小さくなり、海洋の熱塩循環が停滞したことによるとされる。なお、地表の温暖化から有孔虫の絶滅までは3000年のタイムラグがあったと指摘されており、これは循環停滞までの時間として合理的である。温暖化極大後の底生有孔虫は、安定的であったそれまでの環境ではなく、新生代の不安定な海底環境に適応した。

暁新世においてユーラシア大陸と北アメリカ大陸はベーリング陸橋で繋がっていたが、現在よりも7°程度高緯度に位置していたため極めて寒冷な気候であり、ベーリング陸橋を介した動植物の移動は困難であった。しかし温暖化極大によって全球的に熱帯気候や亜熱帯気候が拡大し、ベーリング陸橋にも亜熱帯の樹木が生育するようになると、陸橋を介した動物の移動が可能となった。この時代にアジアから北アメリカへ進出した動物では、肉歯目や齧歯目の哺乳類が代表的である。サウスダコタ鉱物技術大学のジョナサン・ブロックによると、繁殖力に長けた齧歯目は霊長目に近縁であるプレシアダピス目と生存競争を繰り広げ、その結果プレシアダピス目は果実や枝を掴みやすい母指対向性の獲得を促進された。

温暖化に伴って地上の植生も変化し、針葉樹林から被子植物の森林へ変わり、熱帯雨林も形成された。被子植物は風を利用して花粉を運搬する裸子植物と異なり、昆虫やその他の動物を用いて受粉を行うこともできるため、被子植物による森林では密集した林冠を形成することが可能である。このため、大きく成長した被子植物の樹木による森林が発達したのである。当時の霊長類はこうした環境下で樹上生活に適応し、やがて枝間の距離を正確に測ることのできる立体視を獲得したと考えられている。

## 終息

温暖化極大が終息に向かうメカニズムとして、生物源重晶石(硫酸バリウム)の関与が考えられている。光合成により二酸化炭素から合成された有機物は分解を受けるが、その際に重晶石が生成されて沈降する。この生物源重晶石の量は炭素同位体比異常と連動して増大していることが判明している。大気・海洋の過剰な二酸化炭素は重晶石の生成過程で除去されると考えられており、温暖な気候から元の気候に戻す、負のフィードバックとして働いていたとされる。