セノマニアン期とチューロニアン期の境界イベント

OAE2の開始直前に地球は著しく温暖化した。^{[ 27 ]}セノマニアン-チューロニアン期は顕生代全体の中で最も暑い時期の1つであり、^{[ 28 ]}白亜紀で最も高い二酸化炭素濃度を誇っていた。^{[ 29 ]} OAE2より前の後期セノマニアン期にも、熱帯海面水温（SST）は非常に高く、約27-29  ℃であった。^{[ 30 ]} OAE2の開始は、大陸棚海水温の4-5℃の上昇と同時期であった。^{[ 31 ]} OAE2期間中の熱帯海面水温の平均値は、控えめに見積もっても少なくとも30℃であったが、36 ℃ に達した可能性もある。 ^{[ 32 ]}中緯度海洋の最低海面水温は20 ℃以上であった。^{[ 33 ]}この異常な温暖化はチューロニアン-コニアシアン境界まで続いた。^{[ 34 ]}  

この温室効果の原因の一つとして考えられるのは、海底火山活動である。白亜紀中期には、地殻生成速度がピークに達し、これは新たに形成された大西洋の分裂と関連していた可能性がある。^{[ 35 ]}また、海洋地殻の下、岩石圏の基底部で高温のマントルプルームが広範囲に融解したことも原因の一つであり、太平洋とインド洋の海洋地殻が厚くなった可能性がある。その結果生じた火山活動により、大量の二酸化炭素が大気中に放出され、地球の気温上昇につながったと考えられる。火山岩床が貫入した有機物に富む堆積物の脱ガスにより、温室効果ガスの放出はさらに増加し​​た。^{[ 36 ]} OAE2の時期には、大規模火成岩地域（LIP）に関連するいくつかの独立したイベントが発生した。 OAE2 の期間中^、多数の LIP が活動していました。^{マダガスカル [ 37 ] [ 38 ] カリブ海 [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] ゴルゴナ [ 42 ] オントン ジャワ [} 37 ]^{および北極圏高LIP [} 43 ^] [ ^{44 ] [ 45 ]この時期}の^LIPの豊富さは^{、マントル対流}の大きな転換^{を反映しています[ 46 ]}クロム( Cr ^{)、スカンジウム}( Sc )、銅(Cu)、コバルト(Co)などの微量金属がセノマニアン - チューロニアン境界で発見されており、LIP がこのイベントへの寄与に関与した主な基本原因の 1 つであった可能性を示唆しています。^{[ 47 ]}微量金属濃度のピークのタイミングは無酸素イベントの中盤と一致しており、LIPsの影響はイベント中に発生した可能性があるが、イベントを開始したわけではないことを示唆している。他の研究では、 OAE-2の鉛（Pb）同位体をカリブ海コロンビアおよびマダガスカルのLIPsに関連付けている。^{[ 48 ]} OAE2と同時期のオスミウム同位体変動は、その原因が海底火山活動であることを強く示唆している。^{[ 49 ]}太平洋では、放射性起源ではないオスミウムの急増がOAE2の開始の約350 kyr前に始まり、OAE2の開始の約240 kyr後に終了しました。^{[ 50 ]}チベット南部の大きく拡大したOAE2期間からのオスミウム同位体データは、複数のオスミウム変動を示しており、最も顕著な変動はOAE2の開始から約50 kyr遅れており、おそらく約94.5 Maの海洋接続の変化に関連しています。^{[ 51 ]}オスミウムデータはまた、OAE2の開始から約60、約270、約400 kyr後に3つの異なる激しい火山活動のパルスが発生し、OAE2を延長したことも明らかにしています。^{[ 52 ]}正のネオジム同位体変動は、OAE2の原因としての広範囲にわたる火山活動の追加的な証拠を提供します。^{[ 53 ]}亜鉛の濃縮は、広範囲にわたる熱水火山活動の存在をさらに裏付け、強化するものであり、 ^{[ 54 ]極端な負の δ 53} Cr 変動も同様である。^{[ 55 ]} OAE2 に起因する地理的に広範囲にわたる水銀(Hg) 異常がないのは、海底火山活動によるこの重金属の拡散範囲が限られているためであると示唆されている。^{[ 56 ]} 2011 年に実施されたモデリング研究では、LIP がこのイベントを開始した可能性があることが確認されており、モデルでは、火山性 LIP の脱ガスによる二酸化炭素の脱ガスのピーク量が、世界の深海の 90 % 以上を無酸素状態にする可能性があることが示された。^{[ 57 ]}

その後、無酸素状態が広範囲に及ぶと、硝化および脱窒速度の上昇により、二酸化炭素の約265倍強力な温室効果ガスである亜酸化窒素の生成が劇的に増加した。この強力な正のフィードバック機構が、無酸素状態に伴う有機炭素の過剰な埋没にもかかわらず、極めて高温の状態が持続することを可能にした可能性がある。^{[ 58 ]}

海洋内では、SO ₂、 H ₂ S、 CO ₂およびハロゲンの放出により水の酸性度が上昇し、炭酸塩の溶解と二酸化炭素のさらなる放出が引き起こされたと考えられます。海洋酸性化の証拠は、絶滅イベントと同時期のδ ^{44/40 Ca の増加[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}、およびココリスの奇形と矮小化^{[ 65 ]}から得られます。炭酸カルシウムの濃度が低い岩石は、炭酸塩補償深度が浅くなる期間に優勢でした。^{[ 3 ]}海洋酸性化は、生物生産性の高い水域での従属栄養呼吸の増加による正のフィードバックループによって悪化し、海水中の二酸化炭素濃度が上昇し、pH がさらに低下しました。^{[ 66 ]}

火山活動が衰退すると、この暴走温室効果は逆転した可能性が高い。海洋のCO _{2含有量の増加により、海洋表層水の有機生産性が増加した可能性がある。}好気性細菌によるこの新たに豊富になった有機生命体の消費は、無酸素状態と大量絶滅を引き起こすだろう。^{[ 67 ]}地球温暖化によって引き起こされた水循環の加速は、海洋への栄養塩流出量を増加させ、一次生産性を促進した。^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}これらの状況を引き起こした地球規模の環境撹乱は、大気と海洋の温度を上昇させた。極端な温室状態は、海洋成層を促進した。^{[ 71 ]}境界堆積物には微量元素が濃縮されており、 δ ¹³ C値が高い。^{[ 4 ] [ 72 ] [ 73 ]}セノマニアン-チューロニアン境界で発見された正のδ ^{13 C変動は、中生代の主要な炭素同位体イベントの1つです。これは、過去1億1000万年間の地球規模の炭素循環における最大の擾乱の1つを表しています。このδ 13} C変動は、有機炭素の埋没率の大幅な増加を示しており、有機炭素に富む堆積物の広範な堆積と保存、および当時海洋の酸素が枯渇していたことを示しています。^{[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]} OAE2に対応する堆積物中のマンガンの枯渇は、底層水の深刻な酸素枯渇の強力な追加証拠を提供します。^{[ 54 ]}プランクトン性有孔虫Heterohelixの存在量の増加は、無酸素状態のさらなる証拠を提供します。^{[ 77 ] [ 52 ]}その結果生じた炭素埋没レベルの上昇が、海洋盆地における黒色頁岩の堆積を説明するだろう。^{[ 72 ] [ 78 ]}特に原北大西洋は、OAE2 の間、後のより軽度な無酸素イベントと同様に、炭素埋没のホットスポットであった。^{[ 79 ]}無酸素状態は期間全体を通して蔓延していたが、OAE2 の間には一時的な再酸素化期間があった。^{[ 5 ]}

OAE2 の間には硫酸還元が増加し、^{[ 14 ]}硫酸還元と硫化水素生成によって定義される無酸素状態の一種であるユーキシニアが OAE2 の間に発生したことが、負の δ 53 Cr^変動、^{[ 80 ]}正の δ ⁹⁸ Mo 変動、^{[ 81 ]}海水中のモリブデンの減少、^{[ 82 ] [ 83 ]}および緑色硫黄細菌の分子バイオマーカーによって明らかになった。^{[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]}セノマニアン後期にはユーキシニアは珍しくなかったが、光合成層にまで拡大したのは OAE2 自体の間だけであった。^{[ 87 ]}

OAE2は原北大西洋の南縁で始まり、そこから無酸素状態が原北大西洋の残りの地域に広がり、その後、西部内陸海路（WIS）と西テチス海の沿岸海域に広がった。^{[ 88 ]}北部の降水と南部の蒸発の不均衡による海進と強力な低気圧循環により、無酸素水はWIS全体に急速に広がった。 ^{[ 89 ]}東部北海では無酸素状態が特に深刻で、そのδ13C値が非常に高いことからも明らかである^。 [ ^{90 ]持続}的な湧昇のおかげで、南大西洋などの一部の海域では、少なくとも断続的に部分的に酸素が供給された状態を維持することができた。^{[ 91 ]}実際、OAE2の間、海洋の酸化還元状態は地理的、水深的、時間的に変化する。^{[ 92 ]}

海洋無酸素状態のピーク時にボヘミア白亜紀盆地でリン生成イベントが発生した。海底堆積物と水柱の境界面から数センチメートル下の孔隙水環境でリンが放出され、微生物による生物学的媒介を介してリン酸塩の沈殿が可能になった。^{[ 107 ]}

ストロンチウムとカルシウムの同位体比はどちらも、OAE2 の期間中にケイ酸塩風化が増加したことを示している。地質学的時間スケールでの炭素吸収源としての有効性から、岩石圏による二酸化炭素の隔離の増加は、地球の気温が急上昇した後、地球の気温を安定させるのに役立った可能性がある。 ^{[ 108 ]}特に、風化の増加が非常に顕著であった高緯度地域ではそうである。^{[ 109 ]}

初期の研究では、セノマニアン期からチューロニアン期への移行期に観察された海洋生物多様性の減少は、実際の絶滅ではなく保存のアーティファクトであると示唆されたものもあったが、^{[ 110 ]最近の研究では、脊椎動物、 [ 111 ]}無脊椎動物、^{[ 112 ]}および微生物が重大な絶滅を経験したことが確認されている。^{[ 113 ]}

この出来事により、プリオサウルス類とほとんどのイクチオサウルス類が絶滅した。マーストリヒチアン期の烏口骨類は、かつて一部の著者によってイクチオサウルス類に属すると解釈されていたが、その後、プレシオサウルス類の要素として解釈されるようになった。^{[ 114 ]}ドリコサウルス類はOAE2の後稀になったが、モササウルス類の多様性はその後に開花した。^{[ 115 ]}テチスクス類は著しい動物相の交代を経験し、OAE2後のテチスクス類はOAE2前のテチスクス類に比べて温暖な環境に生息する傾向があった。^{[ 111 ]}

原因はまだ不明だが、その結果、地球の海洋は50万年近く酸素不足に陥り、プランクトン性および底生有孔虫、軟体動物、二枚貝、渦鞭毛藻、石灰質ナノ化石など、海洋無脊椎動物の約27パーセントが絶滅した。^{[ 67 ]}プランクトン性有孔虫は酸素極小帯の拡大に苦しんだ。^{[ 7 ]}深海に生息していたものは特に大きな打撃を受けた。^{[ 116 ]}エジプトのシナイ半島にあるワディ・エル・ガイブ遺跡では、OAE2期の有孔虫群集は多様性が低く、低塩分、無酸素水に極めて耐性のある分類群が優占していた。^{[ 117 ]}オーストラリア沖のインド洋南東部では、浮遊性有孔虫のMicrohedbergellaが非常に豊富であったが、 ^{[ 118 ]} Heterohelixは南大西洋の還元水域で繁栄し、^{[ 77 ] [ 52 ]}白亜海でも繁栄した。^{[ 6 ]}底生有孔虫は著しい減少を被った。^{[ 2 ]}ポーランドでは、脱酸素状態のときに底生有孔虫のGavelella bertheliniとLingulogavelinella globosaが優占した。 ^{[ 9 ]}石灰質ナノ化石などのさまざまな海洋無脊椎動物種の多様性の変化は、生産性の短いピークの後に長期間の低肥沃度が続く環境における貧栄養と海洋温暖化を反映し、特徴的である。 ^{[ 119 ]}ドイツのヴンストルフのセノマニアン-チューロニアン境界で行われた研究では、このイベント中に存在した石灰質ナノ化石種ワッツナウエリアが異例の優占種であることが明らかになった。中栄養条件を好み、C/T境界イベントの前後で一般的に優占種であったビスクトゥム種とは異なり、ワッツナウエリア種は温暖で貧栄養な条件を好む。^{[ 120 ]}ルーマニアのオハバ-ポノールセクションでは、ワッツナウエリア・バルネサエの存在が確認されている。温暖な状態を示している一方、 Biscutum constans、Zeugrhabdotus erectus、およびEprolithus floralisの存在量は寒冷期にピークを迎える。^{[ 119 ]}コロラド、イングランド、フランス、シチリアのサイトでは、大気中の二酸化炭素濃度と石灰質ナノプランクトンのサイズとの間に逆相関関係が見られる。^{[ 121 ]}放散虫もOAE2で大きな損失を被り、白亜紀で最も多様性が失われたものの1つとなった。^{[ 122} _{] 二枚貝は、} OAE2のδ13C orgピークに先立って、多様性が著しく減少した。^[ 123 ] ルディスト^二枚貝は、OAE2中に高い絶滅率と低い発生率を併せ受けた。^{[ 124 ]}アンモノイドは危機の間、被害を受けたが、無酸素状態は多様性の減少の主な要因ではなかった。^{[ 125 ]アンモノイドの多様性の損失は、}主にヨーロッパ周辺の海域に集中していた^。他の地域では、影響はほとんどなかった。^{[ 112 ]}

セノマニアン-チューロニアン境界イベントの開始時に、生痕化石の多様性は急激に減少した。無酸素イベント終了後の回復期には、プラノリテスが豊富に存在し、全体的に生物擾乱の程度が高いことが特徴である。^{[ 126 ]}

当時、外洋堆積物と同時期に、緑藻類のボトリオコッカス属とプラシノ藻類の個体数もピークに達していた。これらの藻類の個体数は、水柱中の酸素欠乏と有機炭素の総量の増加に強く関連している。これらの藻類の証拠は、当時、水柱に塩分躍層が形成された時期があったことを示唆している。また、同時期の岩石からは淡水性渦鞭毛藻の一種であるボセディニアも発見されており、これは海洋の塩分濃度が低下していたことを示唆している。^{[ 127 ] [ 128 ]}

OAE2 に伴う海進と同時期に陸上生態系に大きな変化があったという証拠は知られていないが、淡水氾濫原生息地の喪失が一部の淡水分類群の絶滅につながった可能性が推測されている。ユタ州南西部の化石を含む岩石では、OAE2 に続くチューロニアン期の海退期に、一部の後獣類と汽水域脊椎動物の局所的な絶滅が関連付けられている。^{[ 129 ]}哺乳類では、多様性の変化は真の絶滅事象というよりは、生息域の移動と生態の変化を反映している可能性が高い。^{[ 130 ]}セノマニアン期とチューロニアン期の境界付近で発生した陸上絶滅の性質と規模がどうであれ、それはおそらく海水準変動以外の要因が主な原因であったと考えられる。^{[ 129 ]}生態学的危機が陸上植物に及ぼした影響は、陸上の大規模火成岩地域によって引き起こされた絶滅事象とは対照的に、取るに足らないものであったと結論付けられている。^{[ 131 ]}しかし、陸上植物は異常な温暖期にも存続したが、プレヌス寒冷期は被子植物が優占するサバンナ生態系の著しい拡大を促進した。^{[ 132 ]}