K-Pg境界

K-Pg境界とは、地質年代区分の用語で、約6550万年前アルヴァレズ,月森訳の中生代白亜紀と新生代古第三紀の境目を指す。この時、顕生代における5回のうち最後の大量絶滅が発生した。かつては白亜紀と第三紀の境と見なされK-T境界 と呼ばれていた。

恐竜などの大型爬虫類やアンモナイトが絶滅したことで有名であるが、海洋のプランクトンや植物類にも多数の絶滅種があった。種のレベルで最大約75%の生物が絶滅した田近。また個体の数では99%以上が死滅したNHK「ポスト恐竜」プロジェクト。

K-Pg境界では、後述するように、メキシコのユカタン半島付近に直径約10kmの巨大隕石が落下したことが知られている。この隕石落下が、大量絶滅の引き金になったと推定されている。

1. 名称
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中生代白亜紀と新生代古第三紀の境目であることから、K-Pg境界真鍋監修,朝日新聞社編またはK-P境界松井と呼ばれている。スラッシュで接続しK/Pg境界とすることもある。白亜紀は英語では Cretaceous だが、頭文字がCで始まる地質年代区分が多いため、ドイツ語の Kreide からとった頭文字Kが略号として用いられる。

かつて、新生代最初の紀は第三紀とされており、この境界も第三紀の頭文字TをとってK-T境界と呼ばれていた。研究の進展に伴い、かつての第三紀は古第三紀と新第三紀の2つの紀に区分されるようになり、1989年に国際地質科学連合は「第三紀」の語を正式な用語から外した。このため、この境界も「K-Pg境界」と呼ばれるようになった。

2. 大量絶滅
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中生代は陸も海も大型爬虫類の全盛時代であった。陸上では恐竜は三畳紀末から白亜紀の最後にかけて、地上で繁栄していた。翼竜は三畳紀末に空中に進出し白亜紀前期終盤まで繁栄し、その後数を減らしつつあった。海中では三畳紀以来の魚竜はK-Pg境界事件の前には既に絶滅していたが、首長竜や大型のモササウルス類などは白亜紀の最終段階まで生存して栄えていた。また、アンモナイトは古生代から出現し、ペルム紀末の大量絶滅を乗り越え、再び繁栄した。K-Pg境界を境にして、全ての恐竜、翼竜、首長竜、アンモナイトが絶滅した。生き残ったのは、爬虫類の系統では比較的小型のカメ、ヘビ、トカゲ及びワニなどに限られた。恐竜直系の子孫で、鳥類も古鳥類も大きな打撃を受けたが、現生鳥類につながる真鳥類は絶滅を免れて現在も存続している。海中ではアンモナイト類をはじめとする海生生物の約16%の科と47%の属が姿を消したアーヴィン,大野ら訳。これらの生物がいなくなった後、それらの生物が占めていたニッチは哺乳類によって置き換わり、現在の生態系が形成された。陸上の植物相は、白亜紀末には被子植物が多様性化をとげていたが、裸子植物の針葉樹類に比べれば数は少なかったサウスウッド,垂水訳。K-Pg境界前後の花粉分析の結果、K-Pg境界直後のシダ植物の一時的進出を挟んで、構成を大きく変化させていることが明らかになった。なお、その花粉中に、ユリの花粉が発見されており、衝突時期は6月だと推定されている新星出版社編集部編。

2.1. 水中での状況
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海中では海の食物連鎖の基本となるプランクトン類が大打撃を受け、そのためアンモナイト類などの中型生物が多数絶滅し、中型生物を捕食する大型生物のほとんどが絶滅した。

白亜紀に繁栄していた植物プランクトンの円石藻類の85%が絶滅、また同様に海中に大量に生息していた有孔虫類は一部の例外を除きほとんど絶滅したgroup="注釈"。
アンモナイトはデボン紀に出現して以降、3度の大量絶滅を経てもなお多様性を維持していたが、K-Pg境界は乗り越えられず絶滅した。
二枚貝類、腕足類、コケムシ類の多くの種が絶滅した。特に厚歯二枚貝はサンゴ類に代わって中生代の海を象徴する造礁生物だったが、K-Pg境界で全て絶滅した。
魚竜はジュラ紀に大隆盛を迎えてからは急激に衰退しはじめ、白亜紀の半ばには既に絶滅しており、首長竜も同時期に多様性を減少させていたが、K-Pg境界で絶滅した。
モササウルス類、淡水性サメ類が絶滅した。
珪藻類、魚類の被害は比較的少なかった。白亜紀の名の元は、当時の海洋に多数生息していた円石藻類や有孔虫類の炭酸カルシウムの殻が堆積したチョークである池谷ら。海洋でのK-Pg境界を記録した地層では、有孔虫類が激減したため境界をはさんだ上下でプランクトンの種類がほぼ全て変化しており、その違いが肉眼でも確認できるアルヴァレズ,月森訳。

2.2. 陸上での状況
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陸上では恐竜がことごとく全滅し、他の生物にも莫大な影響があった。

翼竜類はジュラ紀に最盛期を迎えるが、白亜紀以降は鳥類の台頭と入れ替わりに衰退して多様性を減らしていき、K-Pg境界で絶滅した。
恐竜類のうち、鳥類を除く全ての竜盤類及び鳥盤類が絶滅。ケラトプス科のように北アメリカで多様性を得たり、ティタノサウルス類のように巨大化しながらも衰退して個体数も多様性も減らしていた種はK-Pg境界で全て絶滅したgroup="注釈"。
哺乳類の被害は比較的軽微だったが、それでも少なくとも種の35%が絶滅した。特に全長が1m以上の大きさで恐竜の子供など小動物を主食にしていた肉食の種はほぼ全て絶滅した可能性が高く真鍋監修,朝日新聞社編、15～20cm程度で昆虫やミミズ、種子を主食にした雑食の種は被害が少なかった。
北アメリカの植物種の79%が絶滅した。
エナンティオルニス類などの現生鳥類の姉妹群のほとんどが絶滅した。鳥類は多様性を維持していたので、無事生き残ったgroup="注釈"。
それ以外に両生類・昆虫類・恐竜以外の爬虫類などの被害も軽微だったが、今なお理由は不明であるサウスウッド,垂水訳。K-Pg境界直後の陸上植物の特徴としてシダ類の異常な繁茂があげられる。地質時代の広範囲な植生状況を調べる手段として、堆積物中の花粉や胞子の化石を調べる方法がある。北アメリカにおける化石の研究では、白亜紀の花粉や胞子の化石中のシダ胞子の比率は約25%だったのが、K-Pg境界直後では96-99%がシダ胞子となっている西田。シダ類は噴火による溶岩や火山灰によってすべての植物が消滅した荒地に最初に繁茂することが確認されているgroup="注釈"が、K-Pg境界事件の直後に広がった荒地をシダ類が覆ったと想定されている。この顕著な現象はシダスパイクと呼ばれ、K-Pg境界直後のプランクトンがいなくなった海中で堆積した複数の地層からも見つかっている。このことは広範囲にわたる地上の植生の荒廃と海洋の絶滅が同時に生起したことを意味するサウスウッド,垂水訳。

シダ類の優占した期間は短く、次に河畔林などを作る被子植物が繁茂し始めたが植物多様性の回復は遅れ、最終的に白亜紀レベルの多様性まで回復したのは約150万年後であった西田。

2.2.1. 白亜紀最後のマストリヒシアンに生息していた生物の復元想像図
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3. 大絶滅の原因をめぐる議論
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地質学の分野では、19世紀以来チャールズ・ライエルが提唱した「過去に起こったことは現在観察されている過程と同じだろう」と想定する斉一説が基本とされてきた。この考え方に基づけば、「天変地異を原因とする生物の大量絶滅」は地質学者の間で考慮されることはなかった松井。下記の「隕石説」が提起されるまで恐竜絶滅の原因として、「夜間も活発に活動する哺乳類の台頭によって、恐竜の卵が食べつくされた」、「あまりに巨大化した恐竜は、種としての寿命が尽きた」、「白亜紀末期に出現した被子植物に対応できなかった」等の説があったが、いずれも客観的な証拠が欠けていたgroup="注釈"。

3.1. 巨大隕石衝突説の登場
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1980年、アメリカカリフォルニア大学の地質学者ウォルター・アルバレスとその父でノーベル賞受賞者でもある物理学者ルイス・アルバレスおよび同大学放射線研究所核科学研究室の研究員2名が、K-Pg境界における大量絶滅の主原因を「隕石」とする論文を発表した。

アルバレス父子はイタリアのグビオに産するK-Pg境界の薄い粘土層を、彼らの研究室にしかなかった「微量元素分析器」を使って分析し、他の地層と比べ20 - 160倍に達する高濃度のイリジウムを検出した松井。イリジウムは、地表では極めて希少な元素である反面、隕石には多く含まれること、デンマークに産出する同様の粘土層からも同じ結果を得たことで、イリジウムの濃集は局地的な現象ではなく地球規模の現象の結果であると予測されることから、彼らはその起源を隕石に求めた。またこの論文では「巨大隕石の落下によって発生した大量の塵が地上に届く太陽光線を激減させ、陸上や海面の植物の光合成が不可能となって、食物連鎖が完全に崩壊した結果大量絶滅をもたらした」としたgroup="注釈"。衝突直後の昼間の地上の明るさは満月の夜の10%まで低下し、この状況が数か月から数年続くと推定した松井。

この論文は、地質学者の激しい抵抗で迎えられたgroup="注釈"。反論のなかで最も有力だったものが、イリジウムの起源を火山活動に求めた火山説である。地表では希少なイリジウムも地下深部には多く存在する。それが当時起こっていた活発な火山活動