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は水深100m程度の浅海域で生じたと考えられており,衝突地点周辺のメキシコ湾やカリブ海沿岸に数多くの地球史において, 天体衝突は普遍的な現象である.

津波堆積物が残っていることから (図1a), 衝突に伴っ地球表面の約70％は海洋で覆われていることから, 衝て巨大な津波 (衝突津波と呼ぶ) が発生した可能性が突の大部分は海洋で起こったはずである. 海洋におけ指摘されている[2-6].

る天体衝突 (以下, 海洋衝突と呼ぶ) は地球特有の現象であり, その実態解明は地球環境や生命の進化過程を理解する上できわめて重要である. ところが, 現在までに地球上で報告されている約170個の衝突クレーターのうち, 海洋衝突クレーターはわずかに19個である. これは, 海底の衝突クレーターは発見が困難であること, 海洋プレートの沈み込みによって大部分がすでに消失していること, 海洋衝突クレーターの探査が組織的に行われていないため, 北米や北欧など研究が特定地域に偏っていることなどが原因としてあげられる. しかしながら, 海洋衝突クレーターの形成過程や地質学的特徴は徐々に明らかになりつつある[1].
これまでに知られている海洋衝突の中で最も規模が大きいものは, 今から約6,500万年前の白亜紀/第三紀(以下 K/ T) 境界で生じた. この時, 恐竜をはじめと !"#$%&'()*+ %!,!
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チチュルブ・クレーターは海洋衝突によるクレーターされた. K/ T 境界では, 直径約10kmの地球外天体が形成過程や, 衝突津波の発生過程と周辺海域への影響衝突したと考えられており, メキシコ・ユカタン半島を詳しく調べることができるきわめて稀な例である.

北部に, 直径約180kmの衝突クレーター (チチュルブ・しかし, 衝突が海洋域で生じた結果, クレーターそのクレーター) が発見されている. このクレーターは,ものがその後の時代の海底堆積物によって埋め立てら

南アフリカのフレデフォート・クレーター, カナダのれ, 現在では地下2〜3kmに埋没している. このため,サドベリー・クレーターと並ぶ, 地球上で最大規模の詳細についてはまだ良くわかっていない. また, 従来衝突クレーターである. また, 衝突年代が比較的新しの研究は重力異常探査や地震波探査が中心で, クレーいため, 大きな変形や侵食を受けていない. この衝突

ターの詳しい構造や形成過程についても良くわかって   

242

いない.

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ターより厚いイジェクタ層が形成される[1]. クレー

このような状況の中, 国際陸上科学掘削計画

ターのリムが海水面より高い場合でも, リムの脆弱な(ICDP) とメキシコ国立自治大学 (UNAM) は, 2001部分から海水が浸入し, ガリ (gully) と呼ばれる海年末から2002年初頭にかけて, 科学目的としては初め水の通り道がリムに形成されることがある. また, 海てのチチュルブ・クレーターの掘削を行った. 現在,水流入によってリムが大規模に侵食されるため, 海洋

世界中の研究グループがこの掘削コア試料の分析を行衝突クレーターのリムは陸上クレーターと比べ低いかなっており, これによってチチュルブ・クレーターのもしくは確認されないことが多い[1].

形成過程が明らかになりつつある[7, 8]. 筆者らの研

チチュルブ・クレーターの場合は, 衝突天体の直径究グループは, 日本から唯一この掘削プロジェクトにが衝突地点の水深と比べて圧倒的に大きいため, クレー参加し, 衝突直後にチチュルブ・クレーターに海水がターサイズに対する影響はほとんどないものと考えら

流入・流出することによって巨大津波が発生した可能れるが, 衝突によって巨大津波が発生した証拠が数多性の地質学的検証を行った[9].

く存在する[2-6]. 後で述べるように, 形成直後にリ

本論文では, 我々のグループが行ったチチュルブ・ムが崩壊してクレーター内に海水が流入した可能性がクレーター内試料の分析結果に基づき, チチュルブ・高く, それに伴って巨大津波が発生したと考えられる.

クレーターの形成過程 (特に修正段階) と K/T 境界における衝突津波発生過程について議論する.

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

ユカタン半島の地下に衝突クレーターが存在する可能性は, 重力異常データに基づいて1981年に Penfield

天体が海洋域に衝突した場合, 陸上での衝突とは異らによって最初に指摘された. その後, Hildebrand らなるさまざまな現象が起きる. たとえば, 水は岩石と[11]は, 重力異常と地磁気異常データに再び注目し,比べて密度が低いため, 海水と海底堆積物を合わせた

さらに石油会社による掘削試料を調べた結果, 問題の掘削深度は陸上衝突と比べて深くなる[1]. ただし,構造が白亜紀末に形成されたこと, 衝突起源物質が存海水面に接触した時点でクレーター形成が始まり, そ在することを明らかにし, この構造が天体衝突クレーの分エネルギーが消費されることから, 海底面に形成ターであることを確認した. さらに, クレーター内にされる衝突クレーターは陸上衝突の場合よりも小規模堆積している衝突ガラス片の組成が, メキシコやハイになる[1]. また, 衝突地点の水深が衝突天体の直径

チの K/ T 境界層で報告されている衝突ガラス片ときより十分深ければ, 海底面に衝突クレーターが形成さわめて類似していること, その 40Ar/ 39Ar 年代が64.98れない場合もある[10]. さらに, 海洋衝突が起きた場±0.05 Ma [12]を示すことなどから､ 同クレーターは合, 巨大津波が発生して, 引き波により陸上や大陸棚K/ T 境界の衝突クレーターとして広く認知されるようの堆積物が沖合へと運搬され, 津波堆積物として地層になった｡

中にその痕跡が記録される[2-6].

衝突地点は, 石灰岩や苦灰岩などの炭酸塩岩と石膏衝突クレーターの周辺にはリムが形成されるが, そなどの硫酸塩岩からなるユカタンプラットフォーム上

れが海水面より低い場合には, クレーターへ海水が流であり, 衝突時には水深が100ｍ程度の浅海域だった

入することによって, クレーター周辺に堆積していたと推定されている. 地震波探査による研究に基づけば,イジェクタはクレーター内に運ばれて再堆積する. そチチュルブ・クレーターは, 直径約40kmの中央丘をの結果, 海洋衝突クレーターの内部には陸上衝突クレー持ち, 直径約80kmのピーク・リングを, 直径約180〜

白亜紀／第三紀境界における巨大衝突クレーターの形成と衝突津波発生メカニズムの検証／後藤,田近,多田,松井243
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200kmのアウター・リングを持つことなどから, 多重

い. Hildebrand ら[11]は, 重力異常データをもとに,リング・クレーターに区分される (図2a) [13]. ピー

ク レ ー タ ー の 直 径 を 約 180km と 推 定 し て い る が ,ク・リングの内側には中央盆地が広がっており, そのSharpton ら[14]はわずかな重力異常が見られる260〜

外側にはクレーターリムが内部崩壊したことを示す断300km を ク レ ー タ ー の 直 径 と 考 え て い る . 一 方 ,層崖と巨大ブロックが複数確認される[13].

Morgan ら[15]は, 基盤岩の内部崩壊が最も顕著に確クレーターの直径は, 実は未だに決着がついていな認される約195kmをクレーターの直径と考えている.

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なお, トランジェントクレーターの直径は, 約80〜11

コア試料を採取して岩相, 粒子・鉱物組成や粒度変化,0km程度と推定されている[15].

微化石の分布などを高解像度かつ詳細に調べた.

Morgan ら[13, 15]の地震波データによれば, 中央

YAX-1コア中の堆積物は, 下位から炭酸塩岩・硫酸丘は厚さ2〜4kmのメルトシートに覆われている可能塩岩からなる巨大ブロック, 衝突メルト角礫岩層, ス性がある. ただし, メルトシートに達する深さまで掘ウェイバイト層, および衝突後に堆積した炭酸塩岩類

削が行われていないため, その存在は確認されていなに区分される (図3) [7, 9]. YAX-1コア中の衝突メい. 一方, Sharpton ら[14]は, メキシコの石油会社が掘削したクレーター内外のコア試料 (図1b) の記載を行い, 直径約180kmの範囲には, メルトを基質に多く含む衝突メルト角礫岩 (impact melt breccia) が下部に堆積し, 上部にはメルトを破片として多く含むスウェイバイト (suevite) と呼ばれる堆積物が堆積していることを報告した (図2b). さらに, 直径約180kmより外部には, ブンテ角礫岩 (bunte breccia) と呼ばれる,メルト片をあまり含まず, 主に衝突クレーターから放出されたイジェクタ (炭酸塩岩や硫酸塩岩のブロック)からなる堆積物が厚く堆積している[14]. Sharpton ら[14]によるクレーター内外の掘削コアの広域記載により, チチュルブ・クレーター内堆積物のおおよその分布は明らかになった. しかし, 彼らはわずか数個の試料採取しか行えなかったため, 記載の解像度が低く,その詳細はほとんどわかっていない.
今回の ICDP と UNAM によるチチュルブ・クレー
ター掘削プロジェクトは, このような状況を打開し,K/ T 境界とチチュルブ衝突の同時性の検証, チチュル
ブ・クレーターの規模の推定,衝突メルト等の衝突起源物質の化学的性質の理解, クレーター形成の物理過程の解明, 海洋衝突クレーターにおけるイジェクタの再堆積過程と津波発生メカニズムの理解, などを主目的として計画されたものである.

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ルト角礫岩層は, 淘汰が極めて悪く基質支持 (粒子間が基質で埋められており, 粒子同士が接していない状態) で, 巨礫から細粒砂サイズの変質発泡した衝突メICDP と UNAM による掘削地点は, クレーターの中ルト片 (図4a) や衝撃変成石英 (図4b) などの衝突起心からおよそ60km南方で, 掘削コアはYAXCOPOIL-1源物質が混合した状態で堆積している. 同層は, 衝突(YAX-1) と呼ばれる (図1b) [7]. 我々は, UNAMによって放出された衝突メルト片などが, クレーターにおいて YAX-1コアの記載を行い, さらに約180個の内部に落下して再堆積したものと考えられる[7]. 一白亜紀／第三紀境界における巨大衝突クレーターの形成と衝突津波発生メカニズムの検証／後藤,田近,多田,松井

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方, スウェイバイト層は, 衝突メルト角礫岩層に比べが堤防の役割を果たし, それによって海水は衝突直後て淘汰が良く粒子支持 (粒子間に基質がほとんど無く,に衝突クレーターに流入できなかったとする説が有力

粒子と粒子が接した状態) で, 主に細礫〜細粒砂サイであった[1]. YAX-1コア中の斜交葉理は, こうしたズの緑色変質発泡メルト片や衝撃変成石英などからな説を覆し, クレーター形成直後に海水が流入していたり, 基質にはメルト片のほかに炭酸塩岩片や基盤岩片ことを多くの研究者に納得させるのに十分な証拠となっなどが多く含まれる.

た.

大変興味深いことに, スウェイバイト層最上部約50

さらに興味深いことに, スウェイバイト層上部約13cmには斜交葉理が発達していることが今回の掘削でmには, 8回以上の粒度と組成の同期的変動が存在す

初めてわかった (図3) [9]. 斜交葉理とは, 上下の地ることが明らかになった (図5). この変動は, スウェ層の主要堆積面に斜交する堆積面を持つ構造で, 水流イバイト層が一度に堆積したのではなく, 8回以上のによる堆積物の移動に伴って形成される (最近, 火星再堆積を繰り返したことを示唆する[9]. 変動の各サにおいても斜交葉理が発見され, 大きな話題になった).

イクルの基底部には侵食面が見られないことから, 物斜交葉理の存在は, スウェイバイト層堆積時には既に質が重力流のように斜面を削りながら流れ下って堆積衝突クレーターは海水で満たされていた可能性を強くしたのではなく, リム周辺に堆積していたイジェクタ

示唆する[9]. YAX-1コアが採取される以前は, リムが海水流入の繰り返しによって懸濁状態でクレーター !"#$%&&'()
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内に繰り返し運搬されたことを反映したものと考えら

リムは衝突直後にクレーター内部に崩壊し, それに伴っれる[9].て海水流入が生じた可能性が高いと考えられる[9].

衝突クレーターに海水が流入したことを示す証拠は,他にもある. 不思議なことに, スウェイバイトの基質

中には衝突による衝撃や高温にさらされた痕跡が見られないナンノ化石や浮遊性有孔虫などの微化石が含ま

K/ T 境界においては, 主に二つのメカニズムで巨大れている. これらは衝突直後にクレーターの外部から津波が発生したと考えられる[18]. ひとつは, 衝突にもたらされたものであると考えられる[9]. さらにそ伴う衝撃波や地震波によってユカタンプラットフォーの年代を調べた結果, スウェイバイト層下部には衝突当時の海底面付近に堆積していた微化石 (およそ71〜65 Ma) が多く含まれることが明らかになった. 一方,スウェイバイト層上部にはより古い年代の微化石 (およそ112〜65 Ma) が多く含まれていることがわかり[9, 16], 堆積層の年代が逆転していることが明らかになった[9]. このような堆積層の年代の逆転は, 海洋衝突クレーター内部の堆積物の特徴の一つであり[1],衝突クレーターに海水が流入する際, 周囲の海底表面に堆積していた新しい時代の堆積物から順に侵食してクレーター内部にもたらされた結果を反映していると考えられる (図6) [9].
チチュルブ・クレーターへの海水流入は, クレーターの形状と密接に関係している. なぜなら, 浅海域での衝突クレーターに海水が流入するには, 全体的または部分的にクレーターのリムが崩壊している必要があるからである. 上述のように, 白亜紀末の衝突地点周辺の水深は100ｍ程度だったと考えられている. それに対して, チチュルブ・クレーターのトランジェントク
レーターリムは, 数kmの高さに達した可能性がある[13]. しかし, トランジェントクレーターリムは, 一
時的には形成されるものの, 衝突後数分程度でクレーター内部に崩壊した可能性が指摘されている[13]. 実
際, 地震波探査や YAX-1コアの分析結果からは, リムが内部に崩壊したことを示す白亜紀の巨大ブロックの存在が報告されている[13, 17]. また, 現在のチチュルブ・クレーターに高いリムが存在しないことは, 地震波探査で確認されている[13, 15].
以上のことを考えると, チチュルブ・クレーターの  !"#!$%&'()*'+,-./'
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ムの縁片部が大規模崩壊を起こし, 地すべりとして斜247

面を流れ下る際に発生する津波であり, もうひとつは衝突クレーターへの海水の流入と流出に伴って発生すYAX-1コアの掘削成功により, チチュルブ・クレー

る津波 (図6) である[18, 19]. 海洋衝突では, イジェ

ターの研究はようやくスタートしたといえる. 最近,クタカーテンの前面においても津波が発生する (リムUNAM によってクレーター外部の掘削が行なわれ波と呼ばれる) が, 遠洋域へ伝播するにつれて急激に(図1b;U5, U6, U7), さらに統合深海掘削計画 (IODP)

分散し, 振幅が減衰するため, K/ T 境界での衝突の場もチチュルブ・クレーターの北西側 (メキシコ湾内)

合､ 周辺海域に影響を及ぼしうるような規模にはならの2地点で掘削を計画している (図2a; IODP-1, 2).

ない[18].

こうしたコア試料と YAX-1コアの結果を比較するこYAX-1コアのスウェイバイト層中に斜交葉理が存在とで, チチュルブ・クレーターの形成過程や津波発生すること, 基質中の微化石は衝突クレーター外部からメカニズムなどをより強く制約できるようになることもたらされた可能性が高いことは, 衝突直後に大規模が期待される.

な海水の流入が起き, それに伴って津波が発生した可一方,K/ T 境界において衝突クレーターに海水が能性を支持する[9]. また, スウェイバイト層に見ら流入・流出することで巨大津波が発生した可能性が高れる8回以上の粒度と組成の同期的変動は, 海水の流いことが本研究によって明らかになった. このメカニ入と流出が8回以上繰り返した可能性を示唆する[9].

ズムで津波が発生した場合, 衝突クレーターに向かう

メキシコ湾やカリブ海周辺に分布する K/ T 境界津波

引き波から始まるため, 衝突地点周辺の K/ T 境界津堆積物中には, 流れの方向が反転する斜交葉理の繰り波堆積物基底部付近にその痕跡が古流向として記録さ返しや, 組成と粒度の同期的変動として, >6〜12回れている可能性が高い. しかし, キューバ以外の地域の津波の繰り返しが記録されていることが報告されてでは, これまでこの点に注目して詳しく調べられてこおり[3, 4, 5], スウェイバイト層に見られる繰り返なかったため, このような特徴が広域的に確認されるしの回数と調和的である[9]. さらに, このメカニズ

かどうかはまだ良くわかっていない. 今後, 特にこのムで津波が発生した場合, 衝突地点周辺海域での津波点に注目して, ドミニカ共和国やメキシコ, アメリカ

第一波は衝突クレーターに向かう引き波になる[18].などに分布する K/ T 境界津波堆積物の調査を行い,実際に, 我々の研究グループによるキューバ西部におK/ T 境界での衝突現象と津波発生メカニズム, およびける K/ T 境界層の調査によれば, 津波堆積物基底部

衝突津波が周辺海域に及ぼした影響について詳しく検付近には, 津波第一波が衝突クレーターに向かう引き証していく予定である.

波から始まったことを示す, 北西方向の古流向 (堆積物を構成する物質が, 堆積時に水によって運搬された方向) を記録した斜交葉理が見られる[4].
以上のことから, K/ T 境界では衝突クレーターへの本論文の執筆にあたり, 匿名の査読者の方に有意義

海水の流入と流出の繰り返しにともなって巨大津波がなコメントを数多くいただいた. ここに謝意を表する.

発生し, 衝突地点周辺に分布する K/ T 境界津波堆積物を形成したものと考えられる[9].

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