Bull. Kanagawa prefect. Mus. (Nat. Sci.), no.36, pp. 1-16, Mar. 2007

ジュラ紀前期の海洋無酸素事変の研究に関する進展と動向
Review of Studies on the Early Jurassic Oceanic Anoxic Event
石浜佐栄子

1)

Saeko ISHIHAMA1)

Abstract. In the Phanerozoic Eon, boundaries of the geochronologic units have been deﬁned on the basis ofabrupt changes of fossil biota. Most of the changes as boundary events imply mass extinction or ecosystem
collapse, occurred due to extraterrestrial impacts, climate or sea-level changes, oceanic anoxia, and/or
wholesale volcanism. Among them, global or regional responses to the anoxic events (OAEs) are of muchnote in relation to progress with trend from the uniformitarianism to the new catastrophism. The early Jurassic
OAE, shown by deposition of organic-rich muddy sediments termed black shale, is here reviewed based onrecent advances in sedimentorlogy, geochemistry, paleontology, and radiometric dating, and some possible
scenarios on such environmental changes are discussed. Hydrate dissolution hypotheses have been proposed
to explain simultaneous negative excursions in carbon isotope records from the black shale marking the OAE,
but more chronological data such as duration or precise timing of the events, as well as data on biomarkers,
modern anoxic environment, and global environmental simulation, are required to solve the problem.

Key words: Oceanic Anoxic Events, mass extinction, Pliensbachian, Toarcian, carbon cycle

1. はじめに

この境界事変の要因と考えられているものの中に、比近年、大量絶滅（mass extinction）をはじめ、地質時代

較的最近になって広く支持を得てきた現象として「海洋る研究が急速に進んでいる。この研究分野は、もともと略されており、本文中でも以下 OAEs と略記する）」がは古生物学者が中心となって進められてきたが、近年のある。文字通り、酸素に乏しい海水が広がることによっ

分析技術や精度の向上等に伴い、堆積学や地球化学、地て海洋環境の変化と生物の絶滅を引き起こすという現象

球物理学等を専門とする研究者たちをも巻き込んで学際で、過去少なくとも数回は地球規模で発生したことが地的に研究が行われ、多角的に事変の全容を解明しようと質学的証拠から推定されている。現在の海洋には希有なする動きが活発になった。ここ数年は国内の学会等にお環境であることから、まだ解明されていない点も多いが、いても「境界事変」に関するセッションが毎回のように

近年目覚ましく研究が進展している分野の一つである。

設けられるようになってきている。このように、境界に本説では、この OAEs のこれまでの研究史や研究事例、

おける急激な地質現象の変化にピンポイントで着目する

今後の展望等について概説する。

の境界に起こった「境界事変（boundary event）」に関す

無酸素事変（Oceanic Anoxic Events）（世界的に OAEs と国内外の研究の広まりは、ジェイムズ・ハットンが唱えた「斉一説（uniformitalianism）」から、新たな時代の激変説である「新・激変説（new catastrophism）」へと、研2. 絶滅事変の研究史
OAEs の研究史を概説する前に、生物の絶滅に関する究者たちの思考が変化してきた流れの一端であるといえ研究について簡単に触れておきたい。そもそも OAEs とるだろう。

は、生物の大量絶滅の要因の一つとして認識されて注目を集め、研究が進められてきた現象だからである。

1)

神奈川県立生命の星 ・ 地球博物館〒 250-0031 神奈川県小田原市入生田 499
Kanagawa Prefectural Museum of Natural History
499 Iryuda, Odawara, Kanagawa 250-0031, Japan(1) 絶滅事変の定義
絶滅とは、「生物の進化の途上において、ある類が子孫の生物を残さずに滅び去ること（山田ほか , 1983）」「地層から産出する化石の記録をみると、ある種や属の化石

1

S. Ishihama

2

が、ある時以後みられなくなることがある。この原因が、はないが、前後の時代と比べて絶滅率が突出しているこ

移住や、別の種への進化でないとき、この現象は絶滅ととが認定の条件となる。なお、分類カテゴリーの違いにいわれる。つまり、絶滅とは、生物の系統がその子孫をよって絶滅率の計算結果に差異が生じることがあること残すことなく死に絶えてしまうこと（平野 , 1991）」と定には留意が必要である。

義されている。

(2) 地質時代の絶滅事変

絶滅には、「背景絶滅（background extinction）」と「大量絶滅（mass extinction）」がある。背景絶滅とは、日常的な最適者生存の競争原理による絶滅であり、特に何も大きな事件はなくとも生物は日常的に絶滅を続けているということである。この背景絶滅とは別に、比較的短期間に少なからぬ数の分類群が絶滅することがあり、これを大量絶滅と呼んでいる（平野 , 2006）。Sepkoski（1986）

海生生物の化石記録によると、顕生代には 5 回の大規
模な絶滅事変が起こったことが認識されている（Raup& Sepkoski, 1982）。通称「ビッグ 5（big five）」とも呼ばれるこれらの五大絶滅事変は、オルドビス紀 – シルル紀

（O/S）境界、デボン紀後期の Frasnian–Famenian 期（F/F）
境界、ペルム紀 – 三畳紀（P/T）境界、三畳紀 – ジュラ紀（T/J）境界、白亜紀 – 第三紀（K/T）境界に起こったは、大量絶滅を「地質時代の比較的短期間に、一つ以上（図 1、2 および表 1）。これらのほかにも、顕生代には何の地理区で高次の分類群の絶滅数が十分増加し、結果と度も絶滅事変が起こっており、それぞれ世界各地で研究して少なくとも一時的にその多様性が減少すること」とが進んでいる（平野 , 2006）（表 2）。
絶滅事変の要因は、それぞれの事変によって異なると定義している。
大 量 絶 滅 事 変 を 認 識 す る に は、 短 期 間 で 急 激考えられている。古くは気候の寒冷化や海水準の低下が（catastrophic）に、地理的な広がりをもって、複数の分要因だと推定されてきたが、Alvarez et al.（1980）によ類群にわたり絶滅率が上昇したことが示されなければなる隕石衝突仮説の発表以降は、絶滅の要因を地球外に求らない。Jablonski（1986）は大量絶滅の基準として、期める流れが席巻した。Raup & Sepkoski（1984）が、ペル間の長さ（timing）、分類群の広がり（breadth）、絶滅率

ム紀以降、およそ 2600 万年の周期で大量絶滅が起こっ（magnitude）の三項目を挙げている。古生物学上知られていることを示した（図 3）後は、その周期性に注目がている分類群の平均的な存続期間（例えば海生無脊椎動

集まり、地球外天体に関する仮説が次々と発表された。

物の科では 100 ~ 1000 万年以下）より短い期間で、特定Rampino & Stothers（1988） は 洪 水 玄 武 岩（flood basalt）の分類群に限られずに絶滅が起こった場合のみ、大量絶の活動時期に着目し、洪水玄武岩の火成活動、海水準変滅と認定されるわけである。絶滅率については特に基準動、地磁気逆転、大量絶滅、小天体の衝突等がいずれも（Reprinted with permission from Science. Copyright 1982 AAAS.）（Reprinted with permission from Science. Copyright 1982 AAAS.）

図 1. 過去 6 億年の海生生物の科の数の変化と絶滅事変（Raup& Sepkoski, 1982）.
数字は、五大絶滅事変（big five）をあらわす . 1）オルドビス紀 – シルル紀（O/S）境界 ; 2）デボン紀後期の Frasnian–
Famenian 期（F/F）境界 ; 3）ペルム紀 – 三畳紀（P/T）境界 ;4）三畳紀 – ジュラ紀（T/J）境界 ; 5）白亜紀 – 第三紀（K/T）
境界 .

図 2. 顕生代における海生生物の絶滅率（科の数 /100 万年）の変化（Raup & Sepkoski, 1982）. 背景絶滅率から突出して、五大絶滅事変（big five）が明確なピークとして認識できる .
TEM: Templetonian, ASGH: Ashgillian, SIEG: Siegenian, GIV:
Givetian, FRAS: Frasnian, FAME: Famenian, MOSC: Moscovian,
GUAD: Guada-lupian, DZHULF: Dzhulfian, NOR: Norian, TITH:
Tithonian, MAEST: Maestrichtian.

表 1. 化石記録（海生無脊椎動物）に残された、五大絶滅事変の絶滅の強度（Jablonski, 1994 より抜粋）.
科数で計算するか属数で計算するかにより、絶滅率が異なることにも注意 .

Review of Studies on Early Jurassic OAE

3

表 2. 顕生代の主要な絶滅事変と、要因と考えられている環境変動（平野 , 2006 をもとに改変）.
灰色に塗りつぶしてある部分が、五大絶滅事変 .
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0M/0P

~7<b

V8G9=

EM/JP

~7<b

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\Y`q3Ch4p:PAptian-Albian

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OFx

\Y`q3C')pQTithonian,&nt;n\W]6.V8C<

')p:PPliensbachian-ToarcianL}

\Y`q3C-fpQNorian, T/JBe, ,& v}L}u}
, %,U>2AaxSU

\W]6.

!+$pQChanghsingian, P/TBe,u}$
>2Aax!+$pJPGaudalupian-Lopingian",pJP
Frasnian-Famenian, F/FBe

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D{T_HZ<,&%,*

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\Y`q3CV8G9=+pQldbok$,u}
AshgillRawtheyan-Hirnantian, O/SBe  $ -wx

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,\W]6.V8G9=

*pQTrempealeauan,u}-wx

図 3. 過去 2 億 5000 万年間の海生生物の絶滅率の変化（科レベル）（Raup & Sepkoski, 1984）. 高いピークが認識されるところが、大量絶滅の時期 . ペルム紀以降、およそ 2600 万年の周期で大量絶滅が起こったことを示し、隕石衝突説を活気づかせた .

S. Ishihama4

表 3. 過去 2 億 5000 万年間に起こった洪水玄武岩の活動時期と大量絶滅の時期の関係（Rampino & Stothers, 1988 による）.

!


'%
(Ma)&(Ma)

Columbia River (USA)

17±1





Ethiopian

35±2



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

Brito-Arctic62±3#$(Maastrichtian, K/T)

Deccan (India)

66±2#$(Cenomanian)

91±0

Rajmahal (India)

110±5#$(Aptian)110±3

Serra Geral (S. America)

130±5



$(Tithonian)137±7South-West African

135±5Antarctic

170±5



$

(Bajocian)173±3South African

190±5



$(Pliensbachian)

191±3

Eastern North American

200±5Siberian250±10

14±3
36±2
65±1

"$Rhactian/Norian

約 3000 万年周期で起こっていると述べた
（表 3）
。しかし、
絶滅の周期性については Patterson & Smith（1987）をは211±8

$(Dzulfian/Guaddalupian)249±4
dissolved oxygen values

00.2

anoxic suboxic

2.0 (ml of O2/liter of H2O)

disoxic

oxic

じめとして反対説が多くなり、現在では、隕石衝突説は白亜紀末（K/T 境界）の絶滅以外では下火になっている。
隕石衝突説の衰退に乗じるかのように、絶滅の要因ではないかと近年注目を集めているのが OAEs である。五大絶滅事変のうち、
オルドビス紀 – シルル紀（O/S）境界、デボン紀後期の Frasnian–Famenian 期（F/F）境界、ペル図 4. Tyson & Pearson(1991) による、酸素レベルの環境用語の定義 . 海水 1 リットルあたり含まれる溶存酸素量により区分 .

（anoxic）だけではなく、貧酸素（suboxic, dysoxic）環境に関する議論が混ざっていることが多い。用語本来の意

ム紀 – 三畳紀（P/T）境界という 3 回の絶滅事変で OAEs

味で使用するならば、完全な無酸素状態が証明された現がその要因だったのではないかと考えられており、その象のみを「海洋無酸素事変」、それ以外の現象を「海洋他、ジュラ紀や白亜紀等にも何度も発生して生物の絶滅

低（貧）酸素事変」とすべきところであるが、実際に無を引き起こしたと推定されている。

酸素環境であったことを証明するためには詳細な化学分析等が必要であり、一見しただけでの判断は不可能であ

3. 海洋無酸素事変（OAEs）とはる。本説では混乱を避けるため、全て「海洋無酸素事変」(1) 研究のはじまりという用語で統一して扱う。

OAEs に関する研究は、Schlanger & Jenkyns（1976）が世界各地の海洋堆積物の中に異常に高い有機炭素の堆積率 /(2) 堆積物中に残された証拠
OAEs は、有機炭素に富み葉理が発達した黒色頁岩

保存率で特徴づけられる時代（白亜紀 Cenomanian–Turonian

等の貧酸素環境を示す堆積物が、ある時代に汎世界的境界）を認識して、OAEs の概念を提唱したことからはじに海洋底で堆積したという地質学的証拠で認識されるまった。Jenkyns（1980）は白亜紀中、Barremian–Aptian–（Jenkyns, 1988）。周囲の岩相は、砕屑岩の場合もあれば、

Albian 期、Cenomanian–Turonian 期、Coniacian–Santonian期という 3 回の期間の堆積相から OAEs の証拠を示し、
OAEs 研究の黎明期の概要をまとめた。その後、ジュ炭酸塩岩やチャートの場合もある。黒色頁岩が堆積する
ことは、局所的にはそれほど珍しいことではない。しかし、世界各地の浅海および深海で同時期に堆積すること

ラ紀前期の Toarcian 期にもスポットが当たり、Jenkyns

は、顕生代には通常は起きていないことである。中央についての比較が行われている。当初、OAEs の研究は「マンガンに富む炭酸塩岩（manganese carbonates）」は、

中生代、特に、比較的新しく現在も海洋底に当時の堆積マンガンが窒素還元帯で濃集する特徴をもつため、酸化物が残る白亜紀を中心に進められてきた。ペルム紀 – 三

帯から硫酸還元帯への移行期に相当する貧酸素環境堆積

ルドビス紀 – シルル紀（O/S）境界等に関して OAEs のは、マンガン濃集層は浅海での断層等を流体が移動した（1985）では Toarcian 期と Cenomanian–Turonian 期の OAE

畳紀（P/T）境界や Frasnian–Famenian 期（F/F）境界、オ
関与が疑われ、研究がはじまったのは、中生代 OAEs の研究がかなり進んだ後になってからである。
Tyson & Pearson（1991）は、海水 1 リットルあたりにヨーロッパ等でジュラ紀前期の黒色頁岩周辺に見られる物と考えられてきた（Jenkyns et al., 1991）。しかし近年でことによってできた、続成的な産物であるという意見も出てきている（Jach & Dudek, 2005）。
酸素に乏しい水塊が全球規模で広範囲に拡大して含まれる溶存酸素量により、全く酸素を含まない「無酸OAEs が起こると、生物の絶滅を引き起こし、その時代

素（anoxic）」のほか、少量の酸素を含むが酸素不足によの地層からの産出化石の多様性が著しく減少すると考えって生物の活動に影響がある環境として「貧酸素（suboxic,

られる。アンモナイト等の大型化石のみならず、放散虫

dysoxic)」という用語を提案した（図 4）。彼らに従うと、や有孔虫、石灰質ナノプランクトン等の微化石の産出に一般に OAEs として扱われている事変の中には、無酸素

も OAEs の影響がみられる。堆積物中に生物擾乱はほと

Review of Studies on Early Jurassic OAE

んど存在せず、葉理が保存される。また、有機炭素に富む黒色頁岩等の世界各地での堆積は、地球規模の炭素循
環に影響を与え、炭素含有量と炭素同位体比の変動というかたちで堆積物中に証拠が残される。炭素同位体比を用いて大気 – 海洋系の炭素循環がどのように変化したのかを理解することが、OAEs の現象と要因を解く主要な鍵となっている。大量の有機物が堆積物中に埋没すると、

紀およびジュラ紀における各時代の OAEs は、数万年から 100 万年程度継続したと考えている研究者が多い。
Jenkyns（1988）は、ジュラ紀 Toarcian 期 OAE の継続期間をおよそ 50 万年とした。Ohkouchi et al.（1999）はイタ

リアの白亜紀の黒色頁岩から、OAE 2 が 80 万年間継続したと見積もった。Harries & Little（1999）は、ジュラ紀
Toarcian 期と白亜紀 Cenomanian-Turonian 期（OAE 2）の硫酸還元帯における有機物の分解に伴い黄鉄鉱（FeS2）

岩相と生物相について調査し、それぞれの時代の OAEs

1999）ので、硫黄の挙動にも注意が必要である。その他、

年、「サバイバル期（survival interval; 黒色頁岩が堆積し貧が生成し、硫黄循環にも影響を与える（Ohkouchi et al.,
微量金属元素類が有機物や硫化物に伴って沈殿し、堆積の「絶滅期（extinction interval）」を 60 万年および 42 万
酸素環境に強い生物のみが生き残る期間）」を 100 万年

物中にしばしば多く含まれている。

および 15 万年と算出している。Hesselbo et al.（2000）は(3) 時間分解能の向上

頁岩の葉理を年縞とみなし、イギリス中部ヨークシャー

研究の進展に伴い、調査対象となる堆積物に対しての時間分解能が上がり、よりこまかい時間精度での地
球化学的分析や国際対比が可能となってきた。その結果、1 回の OAE の中にも色々な変動があることが判明したり、それまで 1 回のイベントだと考えられていたものの Toarcian 期の黒色頁岩が 20 万年弱をかけて堆積したと考えた。Erbacher et al.（2001）は、白亜紀 OAE 1b について、
46,000 年という継続期間を提案した。田近・山中（2003）
は白亜紀の OAEs に関して、拡散による深層水の平均滞留時間を考えると、海洋における無酸素環境は長期にわが、いくつかのサブイベントに区分されたりした。例えば

たって継続されることはなく、数万年レベルの短期間の白亜紀の場合、当初 3 回の OAEs（Barremian–Aptian–Albian

イベントが周期的に繰り返し生じた可能性について述べ期（OAE 1）
、Cenomanian–Turonian 期（OAE 2, "Bonarelliている。

て い た が（Jenkyns, 1980）、 そ の 中 で も OAE 1 は 4 回られているのが、ペルム紀—三畳紀（P/T）境界である。

lower Aptian "Selli event" or "Goguel event"; 1b = lower Albian

査し、2000 万年にわたる長期の「deep-sea anoxia」と、event"）、Coniacian–Santonian 期（OAE 3））が認識され一方、非常に長期的に貧酸素環境が継続したと考えの事変からなることが明らかになってきた（OAE 1a =Isozaki（1997）は、日本およびカナダの深海堆積物を調"Jacob, Paquier, Leenhardt event", 1c = upper Albian "Toolebuc

その中でも 1000 万年続く「superanoxia」の存在を明らか

event"; 1d = upper Albian "Breistroffer event"）（平野・安藤 ,2006）。

(4) 継続期間
黒色頁岩等の堆積期間、生物相の変化の期間等から、OAEs の継続期間の見積もりが行われている。白亜にした。しかしこの継続期間については諸説あり、生物の絶滅は 800 万年程度続いたが最も深刻だったのはペルム紀最後の 100 万年であり、OAE も 100 ~ 300 万年程度の期間が深刻な状態であったのだと考える研究者もいる（Wignall & Twitchett, 1996; Grice et al., 2005）。

図 5. 現在の海洋において無酸素水塊が生じている例（北里, 2003）. A）比重の小さい淡水や汽水が海洋表層を覆うことによって成層し、鉛直循環が停止して中層以下が嫌気的環境になった海洋（黒海、
過去の地中海や日本海）. B）海洋表層で活発な生物生産が起こり、多量に沈降する有機物を分解するために海水中の酸素が消費され、海洋中層に酸素極小層（Oxygen Minimum zone, OMZ）が発達した海洋（アラビア海北部）. C）海底から密度の高い熱水が噴出して海底のくぼみに溜まり、海底付近に無酸素水塊が形成された海洋（紅海）. D）閉鎖的な内湾環境に多量の有機物が流入し、無酸素水塊が季節的にあらわれる海洋（東京湾、熱帯の内湾）.

5

S. Ishihama

6(5) 要因の海への運搬、浅海域拡大による海洋プランクトンの一過去を探るために現在の地球上で起こっている現象

次生産性増大、海洋循環の停滞と成層化、貧酸素底層水と比較を行うのが地質学の常套手段だが、現在の海洋はの湧昇（upwelling）等を OAEs の要因候補として挙げた。

全体として酸化的であり、OAEs を引き起こすような貧特に気候が温暖であった白亜紀の OAEs においては、一酸素水塊が海洋中に大規模に広がるような環境にはな

次生産性の増大や、海洋循環の停滞と成層化説が主要ない。現在の海洋は、北大西洋と南極海で冷却された酸要因であったと広く受け入れられている。Larson（1991a,

素に富む海水が深層に沈んで海洋の循環がおこっておりb）はスーパープルーム説を発表し、白亜紀中期におけ（Broecker, 1987; 多田 , 1991）、海水がよく撹拌されている

る海洋地殻形成の活発化、海水準の上昇、二酸化炭素分からである。しかし局所的には、黒海等、いくつかの限圧の上昇、気温の上昇、黒色頁岩の堆積、OAEs の発生られたセッティングのもとで現在の海洋にも貧酸素な水等はスーパープルームの上昇によって統一的に説明でき塊が存在する。北里（2003）は現在の海洋における例とるとした。

して、A）海洋表層を淡水が覆って成層した場合、B）高研究が進むにつれ、どの OAE も同じような要因で起い生物生産性により中層に酸素極小層が生じた場合、C）

こったわけではないことが明らかになってきた。Jenkyns

海底から噴出した熱水が特定の場所にたまった場合、D）（1980）は当時すでに、海底コアの分析により、Aptian–

内湾に多量の有機物が流入した場合、という 4 つの無酸

Albian 期（OAE 1） の 堆 積 物 中 に は 陸 源 性 の 有 機 物、純に地質時代の OAEs に当てはめることはできないが、ンクトン起源の有機物が卓越することを述べ、白亜紀

素水塊の事例を紹介している（図 5）。これらの例を単OAEs の形成要因を考えていくうえで非常に参考になる。
OAEs が起こった時に堆積したと考えられている地層

中には、大量の有機炭素が保存され、また還元的な環境のもとで堆積した証拠が残されている。貧酸素水塊の存在によって大量の有機物が保存されることになったのか（preservation model）、それとも大量の有機物が供給された結果として貧酸素水塊が生じたのか（productivity
model）、2 種類の説明が可能である。Woolnough（1937）
は、還元的環境における有機物の分解は酸化的環境下よりも非効率的であり、有機物に富む頁岩は還元的環境下での強い保存の結果であるとした。これが preservation model

Cenomanian–Turonian 期（OAE 2）の堆積物中にはプラ
OAEs の中にも違いがあることを明らかにしていた。近年では、特に、詳細な炭素同位体比分析の進展によって、それぞれの OAE がどのような要因で引き起こされたのかが少しずつ明らかになりつつある。例えば Erbacher
et al.（1996）は、炭素同位体比の変動や HI（hydrogenindex）/ OI（oxygen index）比による有機物のタイプ分け
から、海進 – 高海水準期に生物生産性が高まり引き起こされる P-OAE（productivity OAE: OAE-1a, 1d, OAE-2 が相当）と、海退 – 低海水準期に陸源有機物が流入することにより引き起こされる D-OAE（detritic OAE: OAE-1c が相当）を識別した。ただし OAE-1c については、一次生のはしりであり、還元的環境の結果としての有機物保存

産性が増大した後に、海退により陸源有機物が流入し説はその後広く支持された。これに対し、有機炭素の分たという意見もある（高橋ほか , 1997）。また Erbacher etal.（2001）は、表生・浮遊生・底生有孔虫中の炭素およ

解率は、酸化的環境下でも還元的環境下でもあまり変わらないという意見が Foree & McCarty（1970）や Canfield
et al.（1992）らにより提出された。これに力を得て、分び酸素の同位体比を測定することによって当時の海洋の深度方向の組成変化を明らかにし、OAE-1b が生産性の解可能な量以上の有機物の供給（一時生産性の高まり、変化ではなく、温暖化と表層水の塩分低下による海洋のもしくは陸域からの流入等）により大量の酸素が消費さ成層化によって引き起こされたと述べている。

れ、貧酸素水塊が生じたとする productivity model が広まりをみせた。なお、高い生産性と強い保存状態が同時に起こることはないので、この 2 つのモデルは基本的に相容れない（Tyson, 1987; Wignall, 1994）（表 4）。

白亜紀以前の OAEs ではまだ分かっていないことも多い。例えばペルム紀 – 三畳紀（P/T）境界の OAE は、
海退時に起こったと考える研究者が多いが、温暖な海進期に起こったのだと主張している研究者も存在する

OAEs の 要 因 と し て は、 研 究 が 始 め ら れ た 当 初 から、海水準の変動や海洋循環の変化が想定されてきた。
Jenkyns（1980）は、OAEs が海進と深く結びついていると考え、海進によるデルタの氾濫が引き起こす陸生植物（Wignall & Hallam, 1992; Wignall & Twichett, 1996; Kiehl &Shields, 2005）。

(6) 炭素同位体比を用いた研究
堆積物中に残されている炭素には、炭酸塩岩や生物の 石 灰 質 殻（CaCO3） に 含 ま れ る 無 機 炭 素（inorganic

表 4. Preservation model と Productivity model における水塊、
一次生産性、堆積速度の条件（Wignall, 1994 による）.
Preservation model







Productivity modelcarbon, carbonate carbon）と、陸上植物や海洋植物プラン

クトン（CH2O）等に含まれる有機炭素（organic carbon）の二種類がある（図 6）。これらの変動を追うことにより、
OAEs の現象と要因に迫ることができる。炭酸塩中の無機炭素の同位体比（δ13Ccarb）を測定すれば、沈殿した水塊中の溶存無機炭素の変動が推測できる。また、有機炭









素の同位体比（δ13Corg）を調べることにより、大気中や海洋に溶け込んでいる二酸化炭素濃度等の変動が推測で









きる。炭素同位体比を変動させるのは、水塊や大気中の炭素同位体組成の変化と、同位体分別効果の増減である。

Review of Studies on Early Jurassic OAE

時は、δ13Ccarb と δ13Corg は同じように（平行に）変動する
はずである。ただし、それぞれの炭素同位体比の変動メ
カニズムはそれほど単純ではない。特に、大気中の二酸化炭素を利用した陸上植物の炭素同位体比と、海水中の溶存無機炭素を利用した植物プランクトンや石灰殻の炭素同位体比を比較する場合には、注意が必要である。例
えば、大気中の二酸化炭素濃度が上昇して気温が上昇した場合を考えてみる。大気中の二酸化炭素濃度が上昇したことによって、陸上植物の同位体分別効果は大きくなり、陸上植物中の δ13Corg 値は負にシフトする（Gröcke etal., 1999）。しかし気温の上昇は、海水中に溶け込む二酸
化炭素濃度（CO2（aq））を低下させる方向に働く（Kerr,

1998）ので、気温の上昇による影響が大きければ、海洋図 6. 大気—海洋系における炭素の存在形態と、堆積物中に残される有機炭素および無機炭素の簡略化した概念図 .
12
C に富む大量の有機炭素が埋没すると、大気—海洋系中の 12C が減り、炭素同位体比が正の方向へシフトする .

植物プランクトンが起こす同位体分別は小さくなり、プ
ランクトン中の δ13Corg 値は正方向への変動の影響を受けることが考えられる。また、陸上植物中の δ13Corg 値は、
乾燥・湿潤等の気候の変化によっても変化するし（長谷川 , 2000）、海水中の溶存無機炭素の同位体比はそれぞれ

水塊や大気中の炭素同位体組成の変化は、火成活動や生の地域により水塊が異なれば当然異なる。炭素同位体比

物生産性の強弱、水塊の混合（mixing）の程度等によっのデータは非常に有益な情報を我々に与えるが、その解て生じる。同位体分別効果は、水塊や大気中の炭素濃度

釈は単純には扱えず、多角的かつ統合的な視野と十分な（大気 – 海洋系の平衡定数は温度等に依存）、局所的な気知見を持って検討を行う必要がある。

候、
生物種の違い（有機炭素の場合）等によって変化する。
OAEs が起こると、世界各地で有機炭素に富む黒色頁岩等が堆積するので、大気 – 海洋系の炭素循環は影響を

4. ジュラ紀前期の海洋無酸素事変
OAEs に関する研究は、白亜紀を中心として進められ受ける。植物が光合成を行う時には、軽い C を選択的てきており、白亜紀に起こった各 OAE に関しては研究に吸収して濃集する同位体分別を行うが、植物の腐敗に者間でかなり意見の統一がなされてきているように思わ伴い利用された炭素もやがては地球規模の循環のなかにれる（白亜紀 OAEs の研究史および各事変の諸説につい戻るので、通常、炭素同位体比は一定である。しかし、ては、平野・安藤（2006）に詳しい）。しかし、ジュラ

有機物が分解されずに堆積物中に残されると、その有機紀前期の OAE については近年研究が進んだものの、温12物中の炭素は地球規模の循環に戻れなくなり、大気 – 海

暖化や二酸化炭素分圧の上昇、一次生産性の上昇等だけ

洋中の炭素同位体比が変動する。炭素同位体比の測定は、で単純に説明することができず、その現象と要因につい

OAEs の研究のなかで、比較的初期の段階から行われてて今も意見が分かれているところである。ここでは、現きた（例えば Küspert, 1982）。特に白亜紀においては、炭素同位体比の変動は化学鍵層として国際的な対比にも使用されている（Hasegawa, 1995; 1997）。ただし対比の際には、地球規模の炭素循環の変化以外にも様々な条件によって同位体比が変動することに十分留意しておく必要がある。

在も活発に研究者間で議論が行われているジュラ紀前期の OAE について、その研究史、議論の内容や問題点、
今後の展望等について述べる。
(1) 研究のはじまりと絶滅事変としての認識
ジュラ紀前期に起こったと考えられている OAE は、
イギリスやドイツを中心として調査が行われてきた。特大量の有機物が分解されずに堆積物中に保存されると、大気 – 海洋系はだんだん C に乏しくなるため、炭12に Hesselbo et al.（2000）がガスハイドレートに関する仮説を Nature に発表した以降は、認知度も高まり、学術

素同位体比は正の方向にシフトする。炭素同位体比の正誌への投稿も増えてきたが、ヨーロッパ以外の地域におへのシフトは OAEs の代名詞のように考えられ、Leckie
et al.（2002）は「OAEs は炭素同位体比の 1.5 – 2 ‰以上

いてはあまり研究が進んでいない。Jenkyns（1980）は、の正シフトを伴う」としている。しかし、OAEs と考えられているイベント全てに、必ずしも正のシフトが認められているわけではなく、例えば OAE-1c においては炭素同位体比の異常は認められていない（Erbacher et al.,

白亜紀の OAEs と並んでジュラ紀 Toarcian 期のはじめに

OAE が起こったことを、当時すでに指摘していた。Fleet
et al.（1987）は、西ヨーロッパにおけるジュラ紀前期の石油根源岩の調査により、Pliensbachian–Toarcian 期には、高い有機炭素の堆積率と炭素同位体比の異常が各地でみ

1996）。炭素同位体比の正シフトがなければ OAEs ではられることを明らかにした。Jenkyns（1988）は世界各地ないという考え方もあるだろうが、炭素同位体比の異常の当時の堆積物に関する情報を集め、その堆積学的・地の有無に関わらず、高い有機炭素の堆積率と貧酸素水塊

球化学的データを示して、50 万年間続いた Toarcian 期前の存在によって OAEs は定義されるべきだと、著者は考えている。
全地球規模で大気 – 海洋中の炭素同位体比が変動した期の無酸素事変（early Toarcian anoxic event）の証拠として発表した（図 7）。

ジ ュ ラ 紀 前 期 の 事 変 が 脚 光 を 浴 び た の は Raup &7

S. Ishihama

8（Reprinted by permission of the American Journal of Science）

図 7. ジュラ紀 Toarcian 期に堆積した有機物に富む頁岩の分布 (Jenkyns, 1988). 縁海および深海にわたり、世界各地に広く分布する .
表 5. ジュラ紀前期のアンモナイト層序年代表（Jenkyns et al., 2002 による）. アンモナイトゾーンは、北西ヨーロッパ標準（Boreal
fauna）. Pliensbachian 期と Toarcian 期のみ、サブゾーンも示す . 各期、各ゾーンの期間は一律ではなく、各々長さが異なることに注意 .
Periodstage      

levesquei

thouarsense

aalesismooreilevesqueidispansum
fallaciosum
striatulum

bifrons
falciferum

tenuicostatum

spinatummargaritatus

Early
Jurassic

davoei
Pliensbachianibex

jamesoniraricostatum
oxynotum
Sinemurian

obtusumturnerisemicostatum
bucklandi
angulata

Hettangianliasicus
planorbis

事変のうちの一つと認定してからであり、この時にはPliensbachian–Toarcian 境界がその絶滅の時期に当たるとされた。しかし、Hallam（1986）は二枚貝類の種数変化を調査し、生物相が変化するのは Pliensbachian–Toarcian

境界ではなく、
むしろ Toarcian 期前期の falciferum zone（アンモナイトゾーンについては、表 5 参照）であると述べた。また falciferum zone の絶滅について、北米や日本には黒色頁岩が存在するが南米には証拠が存在しないことから、全球的ではなく西ヨーロッパに限定された地域的

variabilis
ToarcianSepkoski（1984）が 2600 万年周期で起こった大量絶滅

crassum
fibulatum
communefalciferum
exaratumsemicelatum
tenuicostatum
clevelandicum
paltumhawskerense
apyrenumgibbosus
subnodosus
stokesifigulinum
capricornus
maculatumluridum
valdanimasseanumjamesoni
brevispina
polymorphus
taylori

な OAE による絶滅であり、種レベル程度の小規模なものにすぎないと Raup らに反論した。これに対し、Little& Benton（1995）
は科レベルで海洋生物数の変化を調査し、絶滅は Pliensbachian 期後期から Toarcian 期前期までの 750
万年（margaritatus, spinatum, tenuicstatum, falciferum, bifronsの 5 つのアンモナイトゾーン）という長い時間をかけて起こった全球的な事変であることを明らかにした。彼らによれば、ジュラ紀前期の事変は、Pliensbachian 期後期
から Toarcian 期前期までの長期的かつ全球的な絶滅と、
Toarcian 期前期 falciferum zone に北西ヨーロッパで起こった OAE による地域的な絶滅という、2 種類の事変からなっているということになる。
(2)Pliensbachian–Toarcian 期に残された地質学的証拠
ジュラ紀前期の Pliensbachian–Toarcian 期には、一体どのようなことが起こっていたのだろうか。
Jenkyns（1988）は、Toarcian 期の falciferum zone に世界
各地の縁海・深海で同時に貧酸素環境を示す堆積物がたまり、地域的にはその下位の tenuicstatum zone や上位のbifrons zone にも広がって有機物に富む堆積が起こったことを示した。Jenkyns & Clayton（1997）はイギリスにおいて調査を行い、falciferum zone のうち前期の exaratum

subzone 中部で全有機炭素含有量（Total Organic Carbon;
TOC）のピークと炭素同位体比の負異常、更にそれに

Review of Studies on Early Jurassic OAE続く正異常を検出した。以降、Toarcian 期の中でも特にfalciferum zone 周辺に焦点を当てた高解像度での地球化学的分析がヨーロッパの各地で行われるようになった。

温暖化や海水準の上昇を引き起こして OAE につながったのではないかと述べた。Jourdan et al.（2005）は Karoo
洪水玄武岩の年代を再検討して 800 万年（主要な活動は地球化学的研究の中で、最も一般的に行われているの600 万年）に及ぶ長期の活動期間を提案し、長期的な活が炭素同位体に関する分析である。炭素同位体比の変動動だったために気候に甚大な影響を与えず、そのため生は、Jenkyns & Clayton（1986; 1997）等によって研究が進

物の絶滅も壊滅的なまでには至らなかったのではないか

められ、margaritatus zone に小さな正のピーク、spinatum–tenuicstatum zone 周辺の極小値を経て falciferum zone（特に exaratum subzone の上部）に正のピークが認められた。
また、高解像度の分析により、tenuicstatum zone 上部から
falciferum zone 下部（exaratum subzone 中部）にかけて負のピークが、δ13Ccarb ・δ13Corg ともに存在することも明らかになってきた（Hesselbo et al., 2000; Schouten et al., 2000;と述べている。
生物界に起こった影響については、各分野においてそれぞれに研究が進んでいる。Aberham & Fürsich（1996）
は南米チリにおいて海成二枚貝の多様性の減少を報告
し、Pliensbachian–Toarcian 期に南米でも絶滅事変が起こっていたと主張した。堀（1993）および Hori（1997）は日本のチャートを調査し、Toarcian 期前期に黒色チャート

Röhl et al., 2001）。このほか、Bailey et al.（2003）はイギの存在とともに、放散虫化石群集の変化とコノドントのリスおよびドイツにおいて、Rosales et al.（2004）は北ス

再堆積が起こったことを明らかにした。Ruban & Tyszka

ペインにおいて、それぞれベレムナイト中に含まれるカ（2005）はコーカサス北西部において、Toarcian 期前期にルサイトの化学分析を行い、Pliensbachian 期から Toarcian

有孔虫の多様性が減少したことを指摘している。Mattioli

らかにして、古海水温や塩分濃度に関する議論を展開し

Toarcian 期前期の TOC が最大になる時期（tenuicstatum

期にかけて酸素同位体比や Mg/Ca 比が変動することを明ている。
ジュラ紀前期に起こった現象のうち、近年しばしばOAE との関連が示唆されているのが、洪水玄武岩等の火& Pittet（2004）は、イタリアの浅海性炭酸塩岩から、zone 上部から falciferum zone 下部）に、石灰質ナノプラ

ンクトンが減少したことを報告した。Bucefalo Palliani
et al.（2002）はイギリス北部で、tenuicstatum zone 上部

成活動である。Pálfy & Smith（2000）は、ゴンドワナ大（semicelatum subzone）から falciferum zone 下部（exaratumカ）および Ferrar（南極）洪水玄武岩の活動が OAE と同が消滅し、その後、中 ~ 富栄養型のプランクトンが出現

陸の分裂に関連したと考えられている Karoo（南アフリ
時期に起こっていることを明らかにし、その火成活動がsubzone）の炭素同位体比負異常期に植物プランクトンしたと述べた。また、Macchioni & Cecca（2002）はアン

図 8. ジュラ紀前期の Pliensbachian–Toarcian 期に起こった出来事 . アンモナイトゾーンと年代値は Pálfy & Smith（2000）による .
A: 有機物に富む堆積物がたまった期間 . a）Whitby Mudstone Formation（イギリス、ヨークシャー）（Sælen et al., 1996）. b）Posidonia
Shale（ドイツ）（Röhl et al., 2001）. c）中央ヨーロッパ（アルプス―地中海地域）の manganese carbonates および carbon-rich shales（Jenkyns
et al., 1991）.
B: 炭素同位体比の変動（Pálfy & Smith, 2000）. a）Dorset（イギリス）. b）イタリア・中央アルプス . c）テチス地域 .
C: Karoo および Ferrar 洪水玄武岩の活動時期 . a）Karoo および Ferrar（Pálfy & Smith, 2000）. 183 ± 2 Ma. b）Karoo（Jourdan et al., 2005）.
600 万年（178–184Ma）におよぶ長期間の活動を推定 . D: 海洋生物数の変化（科レベル）（Little & Benton, 1995）.

9S. Ishihama

10

モナイトの多様性を調査し、海水準変動との関連について議論した。彼らは、tenuicstatum zone 下部ではテチス域とボレアル域で別々に絶滅が起こり、tenuicstatum zone

上部では OAE に関連した大絶滅が起こったのだと述べ、Toarcian 期のイベントは単発ではなく段階的（stepwise）にすすんだものであったと主張している。
以上のように、Pliensbachian–Toarcian 期には様々な変動が起こったことが次第に明らかになってきた（図 8）。

et al.（2000）は イギリスにおいて調査を行い、Toarcian
期 の 堆 積 物（Whitby mudstone） を ジ ュ ラ 紀 後 期 のKimmeridgian Clay と比較して、Toarcian 期は基本的に生産性が低く、より安定した成層海洋で堆積が起こったと述べた。Bailey et al.（2003）は化学分析の結果から、Toarcian 下部で温暖化が起こり、淡水が大陸から流れ込んだことで海洋が成層して OAE につながったと主張している。Mattioli & Pittet（2004）も海洋が成層したことにこれらの情報を統合すると、ジュラ紀前期に起こったのより、貧酸素環境となって有機物の保存が起こったと説は単純な要因の 1 回限りのイベントではなく、長期的な明した。

変動と短期的な変動を含んだ複雑な現象だったのではな

いずれのモデルにおいても、OAE を海水準変動（特いかということが予測される。近年では、falciferum zoneに 3 次オーダー）と関連づけて考えている研究者は多周辺の堆積物のみを高解像度で分析するような研究がしばしば行われているが、地球化学的・古生物学的見地か
らは長期にわたる変動が検出されている。短期的な変動い。しかし、どのような海水準の時に OAE が起こったのかは、それぞれのモデルにより異なっている。Röhl etal.（2001）および Schmid-Röhl et al.（2002）はドイツのを集中的に追うばかりではなく、長期的な視点をもってPosidonia Shale を調査して、その堆積環境は海水準変動

ジュラ紀前期の地球の変動を検討していくことが必要でと気候により支配されていたと考え、低海水準期に周あろう。

辺の海との海水交換が制限されて貧酸素環境になった(3)OAE に関する様々な要因の仮説とした。一方、Frimmel et al.（2004）は同じくドイツの

ジュラ紀前期の OAE に関しては、各地域で研究者がPosidonia Shale について、海水準変動と気候（モンスー

各々に研究を行い、多種多様な要因の仮説を立てておン気候）による支配を考えつつも海進期に貧酸素環境がり、統一的な説はまだないと言ってよい。地球が次第にあらわれるとし、特に夏に淡水と栄養分が流れ込むこと温暖化して、二酸化炭素分圧が上昇した時期であろうとによって海洋の成層化と生産性の増大が起こって有機物いうことは多くの研究者が同意しているが、大量の有機が保存されると説明した。Parisi et al.（1996）、Bucefalo

物が供給されたために引き起こされた productivity model

Palliani et al.（1998） ら は イ タ リ ア の Umbria-Marche にが当てはまるのか、有機物はそれほど大量に存在しな

おいて、最大海氾濫（maximum flooding）期から高海水

かったが貧酸素水塊が存在したために引き起こされた準期に生産性が増大し貧酸素環境が生じたと考えたが、preservation model が当てはまるのかも、いまだ判然とし

Mattioli & Pittet（2004）は同地域について、高海水準期にていない。以下、いくつかの仮説を紹介したい。

海洋が成層したため貧酸素環境になったと述べている。

高い一次生産性が OAE を引き起こしたと考える

productivity model 論 者 に は、Parisi et al.（1996） や Vetöet al.（1997）、Bellanca et al.（1999） ら が い る。Vetö etal.（1997）は、ハンガリーの炭酸塩中の Si, Mn, Fe 等の化学組成から過去の一次生産性を計算し、Toarcian 期に生産性が増大したと述べた。Bellanca et al.（1999）は北(4) ハイドレート説 vs アンチハイドレート説―炭素同位体比の負異常に関する論争
ジュラ紀前期の OAE の解明にあたって研究者たちを悩ませてきたのが、tenuicstatum zone 上部から falciferumzone 下部にかけて、TOC 値極大と同時期に検出される
有機・無機炭素同位体比の負異常である（図 9）。炭素同

イタリアの黒色頁岩において、Ba/Rb 比等を用いて生産

位体比の負異常についてはこれまで、有機物の組成が一性を推定し、表層の高い生産性によって OAE が引き起時的に変化した（Jenkyns & Clayton, 1986）、大気—海洋系

こされたのだとしている。ただし、彼らが参考とした
McKenzie（1982; 1985）の湖のコアによるモデルは 100
年間程度の短い時間スケールのものであり、比較として用いるには多少問題がある（Jenkyns & Clayton, 1986）。
Rosales et al.（2004）は、黒色頁岩の堆積は温暖化の時期と一致しないので、風成ダストを通じた表層海水の鉄の肥沃化が一次生産性を高めたのではないかと述べている。白亜紀の OAEs と比べると、productivity model 論者の二酸化炭素濃度が上昇した（Jenkyns & Clayton, 1986）、
非常に停滞した成層海洋で有機物起源の軽い炭素が再利用され 12C に富む底層水が存在した（Küspert, 1982; Sælen
et al., 2000）等、様々な説が提案されてきた。なお、有機物組成による変化説については、δ13Ccarb と δ13Corg が平行に変動していることがその後明らかになり（Schouten
et al., 2000）、現在ではあまり検討の対象になっていない。
この状況に一石を投じたのが、Hesselbo et al.（2000）にそれほど勢いがないように思えるのは、TOC 値が極大である。彼らは材の化石（fossil wood）中の炭素同位体

値を示す時に、炭素同位体比が正ではなく負にシフトし比を高時間分解能で測定して負異常の存在を確かめ、炭ているためであろう。Bellanca et al.（1999）は McKenzie

素循環の変化が海洋中のみにとどまらず大気中にも及ん（1985）を引用し、これを「生産性が上がった時の初期でいることを明らかにした。そして、有機物が大量に堆症状」と説明しているが、生産性が上昇した時には通常、積するにも関わらず、大気 – 海洋系として同位体比が正炭素同位体比は正にシフトすると考えられているからでではなく負に、しかも短期間で変動した事態を説明するある。

ため、大量のハイドレートが分解したことに伴う急激な一方、preservation model 論者たちは、海洋循環の停メタン放出説を提案した。洪水玄武岩の活動と温暖化に

滞と成層化にその要因を求めている場合が多い。Sælen

よって大陸棚のメタンハイドレート（メタンの炭素同位Review of Studies on Early Jurassic OAE

11Hesselbo ら の ハ イ ド レ ー ト 説 に 対 し て McArthur etal.（2000）は、ベレムナイト中のストロンチウム同位体
比を用いてアンモナイト層序に 25 万年以上の精度で時間軸の目盛りを入れ、exaratum subzone は他のサブゾーンに比べて長期間続いた（例えば clevelandicum subzoneの 30 倍）ことを明らかにした。そして、この OAE は

Hesselbo らが考えているような短期間なものではなく、52 万年間続いたのだと述べた。もしこの計算が正しけ
れば、短期間のイベントであるべきハイドレート説は適切でない、ということになる。van de Schootbrugge etal.（2005）はベレムナイト中のカルサイトから炭素同位体比を測定し、負の同位体比異常が認められないことから、海洋表層には異変が及んでおらず、同位体比異常はメタン分解が原因ではないと結論づけた。また、Wignall
et al.（2005）は、炭素同位体比の負異常は絶滅事変よりも後に起こっており、ハイドレートの分解では絶滅事変を説明できないと主張した。Wignall & Racki（2006）やMcArthur et al.（2006）は、Toarcian 期のイベントは全球規模で同時に起こったのではなく、地域ごとに起こったものだったとして、ハイドレート説を否定している。
（Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature, copyright 2000.）

図 9. Toarcian 期前期 tenuicostatum zone から falciferum zone にかけて認識された、炭酸塩岩中の炭素同位体比の負異常(Hesselbo et al., 2000).

体組成は、− 60 ‰と非常に軽い）が分解し、そのメタンの酸化によって海水中の酸素が消費され、貧酸素水塊が生じたと考えたのである。その後、Beering et al.（2002）は大気 – 海洋中の炭素のマスバランスを考え、ハイドレー
トの分解が招く大気中の二酸化炭素濃度の上昇と温暖化

このほか、McElwain et al.（2005）は化石の葉の気孔密度から、黒色頁岩堆積開始直後は二酸化炭素濃度がむしろ減少したと推測し、ゴンドワナ大陸石炭層への KarooFerrar 洪水玄武岩の貫入による熱分解起源メタンの放出
が OAE の契機となったと考えて、ハイドレート起源以外のメタン要因説を唱えている。
(5) 問題の解決に向けてハイドレート説 vs アンチハイドレート説の戦いは、現在も続いている（Kemp et al., 2005; Wignall et al., 2006 等）（表 6）。短期説 vs 長期説、また、全球的（global）事変
説 vs 地域ごとの（region-by-region）事変説の論争、ともを数値計算で求めている。
ハイドレート分解説は、暁新世末の事変に対して初めいえる。これらの議論の焦点は、どれくらい短期間に起て提案された説であり（Dickens et al., 1995; 松本 , 1995）、

こった事変だったのか、全球的に全く同じタイミングで火山ガスよりも短期間に炭素同位体比が負に変動するこ起こった事変だったのか、また、様々な現象が発生したとを説明することができる。暁新世末には 3000 年未満

時間の前後関係はどうだったのかということである。時という短期間に多くの底生有孔虫が絶滅したが、当時間軸における年代数値の欠乏、異なる地域の層序を時間の海底の水温は急激に上昇し、有孔虫殻の炭素同位体対比する困難、異なる事象を時間対比する困難が、事態

比は数 1000 年以内に急激に 2 – 3 ‰負にシフトした後、解決の障壁となっている。つまり、継続期間や発生・終15 万年ほどかかって回復したことが明らかになってい息のタイミング等、「時間」に関する情報の欠乏こそがる（Dickens et al., 1995; Kennett & Stott, 1991; Norris & Röhl,

問題の根幹であるといえよう。

1999）。Hesselbo et al.（2000）はジュラ紀前期の頁岩につジュラ紀の年代について、現在ではアンモナイトの層

いて、葉理を年縞とみなして堆積速度を計算し、5000 年

序が最も詳細に区分されているため、OAE に関する議間で急激に 2 ‰負にシフトした後、炭素同位体比が低い

論もアンモナイト層序に基づいてなされることが多い。

時代が 10 万年間（主要部は 7 万年間）続いたと見積もった。

第一の問題として、当然ながらアンモナイト層序には数

表 6. ジュラ紀前期 OAE に関するハイドレート説とアンチハイドレート説の主張の概要 .

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S. Ishihama

12

値年代が入っておらず、相対的な時間関係しか分からな

ヨーロッパ地域（ボレアル系）と地中海地域（テチス

いため、堆積速度が一定でない場合には事変の継続期間
をはかることができない。アンモナイトの各ゾーンやサ系）でアンモナイト層序のずれが存在し、ボレアル系のfalciferum zone とテチス系の tenuicostatum zone は一部重ブゾーンの期間は一律ではないからである。海水中のス複しているのではないかと指摘されている（Macchioni,

トロンチウムの同位体比は時代によって変化し、かつ海

2002）。Wignall et al.（2005）は、tenuicostatum zone 上部のsemicelatum subzone にはヨーロッパ全体で貧酸素環境に

洋においてどこでも均一なため、ベレムナイト等の化石中の同位体比を測定することで、時代軸の目盛りを入れることができる（McArthur & Howarth, 2004）。McArthur etal.（2000）や Rosales et al.（2004）はストロンチウム同位なったが、地中海域では北西ヨーロッパよりも早く OAEが開始し、かつ終了したと述べた。Mailliot et al.（2006）
は石灰質ナノプランクトンによる新たな生層序を提案し、体比の変動を用いて、現在の堆積物の厚さではなく、推西ヨーロッパ（イタリア、ドイツ、イギリス）では同時定される堆積期間に応じて分析値をプロットし直してかに OAE が起きていたと結論している。このように、ヨーら、化学組成の変化について議論している（図 10）。短ロッパ地域の中でさえ対比の際に混乱を生じているので、期的な事変だったのかどうかを議論する際には、このよ

全球規模で詳細な時間の対比を行うのは容易なことではうな試みが必要であろう。他の地域においても同様の研ないと言わざるを得ない。今後はストロンチウム同位体究が地道に進められるとともに、将来的にはより詳細な

比等の化学的手法も交えて、各地の堆積物の対比作業と年代値を決定できる新たな手法が開発されることが望ま

新たな対比手法の開発を進めていくべきであろう。

れる。

(6) 今後の研究への期待

第二に、アンモナイト層序は全世界共通ではない、と最後に、ジュラ紀前期の OAE においてはこれまであまいう問題がある。異なる地域の層序を対比することは簡り応用が進んでいないが、今後研究を進展させるだろう

単ではないが、特に OAEs のような「事変（event）」をと期待されるいくつかの手法について触れておきたい。

議論する時には非常に詳細な時間分解能での対比が求

黒色頁岩等の貧酸素環境堆積物中には多くの有機物

められるため、困難を伴う。各地で同時に起こったのが含まれており、大量の有機化合物を抽出することがか、それとも時間のずれがあったのかによって、OAEs

できる。これらのバイオマーカーを識別することによの要因の解釈が全く違ったものになってしまうからでり、有機物の起源や、当時の堆積環境を推定することがある。例えば Toarcian 期の場合、ヨーロッパ内でも北西できる。しかし、起源が不明なものもまだ多く、解釈

図 10. イギリス、ヨークシャー海岸における、ベレムナイト中の無機炭素同位体比変動 . McArthur et al.（2000）のデータを、2 種類の縦軸に対してプロットした . 縦軸幅の取り方によって、異なるタイプの変動に見えてしまうことに注意 . A: 縦軸幅 = 実際の堆積物の厚さ（stratigraphic level）. B: 縦軸幅 = ストロンチウム同位体比を用いて推定した堆積期間（adjusted level）. 矢印部は、TOC のピーク時に検出される同位体比の極小値 . A では急激な変動に見えるが、B では緩やかな変動に見える . B の堆積期間の推定が正しければ、短期間の変動と考えられているハイドレート説は、ジュラ紀前期には当てはまらない .

Review of Studies on Early Jurassic OAEに利用されているバイオマーカーはそれほど多くはな

学的・古生物学的研究が進み、かつその成果が公表されい。現在は、酸化 – 還元状態を反映すると考えられていて、それぞれが対比され、ジュラ紀前期の OAE に関わる pristane/phytane 比や、有光層（光合成が可能な海洋表層）が無酸素環境だったことを示す緑色硫黄細菌（green

る変動の解明が今後ますます進展していくことを期待したい。

sulfur bacteria）に特徴的なイソレニエラテン（isorenieratene,

aryl isoprenoid）等が指標として利用されている（Sælen
et al., 2000; Schouten et al., 2000; Schwark & Frimmel, 2004;

Frimmel et al., 2004）。また、Schouten et al.（2000）では、謝辞
東京大学の松本良教授、当館学芸員の平田大二氏には粗稿に対して有益な助言を頂いた。
記して御礼申し上げる。

全有機炭素含有量（TOC）全体としてだけでなく、バイオマーカーごとの炭素同位体比を測定している。複雑に絡み合った炭素循環の変動を明らかにするためには、
TOC 全体として測定するのではなく、各々の起源を理解したうえでバイオマーカーごとに同位体比の測定を行っていくことが必要であろう。OAEs に関連する有機物の起源を明らかにし、当時の炭素循環を理解していくために、バイオマーカーに関する研究が更に進展していくことを期待する。
現在の貧酸素環境に関する理解を更に深めていくことも重要である。黒海等においては古くから研究が進められてきたが、近年では国内においても比較研究の重要性が認識されるようになってきた（例えば、月刊海洋 425,
426 号（2005 年）、総特集「現在と過去の無（貧）酸素
環境 – 比較研究の必要性 –」参照）。鹿児島県上甑島の貝池や有明海の諫早湾などでは、貧酸素環境の理解のために実際に観測が行われている（小栗ほか, 2002; 松岡ほか,
2005）。現在の現象への理解が進むことで、地質時代の理解に向けて知識のフィードバックが行われることを期待したい。
また、定量的な炭素循環や海洋循環等についてのシミュレーションを行っていくことも必要であろう。Bjerrum
et al.（2001）は、北極海からテチス海におよぶジュラ紀
前期のヨーロッパ周辺の海洋循環をモデル計算し、塩分濃度や水路の流れ方向について推定している。しかしジ
ュラ紀前期においては、このような数値実験に関する研究は、彼らの他にあまり例がない。炭素同位体比等を用いて大気 – 海洋系の炭素循環や海洋循環に関する議論を行う研究者は多いが、定量的なマスバランス等をあわせて検討している事例はほとんどない。それぞれの調査範
囲のみで分析結果を定性的に扱って各々議論するだけではなく、各地で得られた結果を統合して全球規模でのシ
ミュレーションを行い、またその計算結果をフィードバ
ックさせて現実の地質学的証拠と整合性があるのかどうかを調査していくといった、大きな視野を持ったグロー
バルな研究が行われることが望まれる。
5. おわりに近年注目を集め、研究が進展しているジュラ紀前期の OAE であるが、解明されていない点もまだまだ多い。
特に、全球的な事変が想定されているにも関わらず、ヨーロッパ以外での研究があまり進んでいないことは、非常に残念なことである。様々な堆積場における堆積物が調査され、それらの結果が統合的に解釈されていくこと
によってはじめて、地球規模の変動への理解が進んでゆくことと思われる。世界各地で詳細な堆積学的・地球化

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海洋無酸素事変は、黒色頁岩等の貧酸素環境を示す堆積物が、特定の時代に汎世界的に堆積したという証拠によって認識されはじめた。堆積物中に残された堆積学的・地球化学的・古生物学的証拠が世界各地で明らかにされ、現在では炭素同位体比等を用いた高時間分解能の化学分析によって、その要因を解明しようとする研究がさかんに行われている。近年注目を集めているジュラ紀前期の事変においては、ハイドレートの分解が事変の要因となったのか否かについて、活発な議論が現在も進行中である。この問題を解決に導くためには、事変の継続期間や発生・終息タイミング等の「時間」に関する情報が不可欠である。今後は、バイオマーカーや現世の貧酸素環境に関する研究、全球規模でのシミュレーションを併用した世界各地での調査研究が進むことが望まれる。
（受付 2006 年 12 月 28 日；受理 2007 年 1 月 16 日）