新原生代酸素化イベント

新原生代酸化イベント（NOE ）は、第二次大酸化イベントとも呼ばれ、新原生代中の約8億5000万年前から5億4000万年前までの地質学的期間であり、地球の大気と海洋の酸素レベルが大幅に増加しました。[1] 古原生代スタザリアン期から新原生代トニアン期にかけての極端に^大気中の酸素が少ないエウキニック期であるボーリングビリオンの終了後に発生したNOEは、地球上で大気と海洋の酸素濃度が2番目に大きく増加したイベントですが、新始生代-古原生代境界の大酸化イベント（GOE）ほど顕著ではありませんでした。GOEとは異なり、NOEが同期した地球規模のイベントであったのか、それとも無関係な原因による非同期の地域的な酸素化間隔の連続であったのかは不明です。^[2]

約 8 億 5000 万年前から 7 億 2000 万年前頃まで、つまりボーリング ビリオンの終わりからクライオジェニアン「スノーボール アース」の始まりまでの期間、後期トニアンにほぼ相当する期間に、海洋堆積物に非常に顕著な炭素同位体正変動が記録されています。これらのδ ^13C値の上昇は、真核生物プランクトンの進化的放散と有機物の埋没の増加に関連していると考えられており、この期間の酸素生成の急増を示しています。^[3]クライオジェニアンの間にも炭素同位体正変動がさらに発生しました。^[4]温暖化イベントに関連する炭素同位体負変動は、後期トニアンから原生代と顕生代の境界までずっといくつか知られていますが、それでも炭素同位体記録は新原生代を通じて顕著な正の傾向を維持しています。^[1]

4つの異なる新原生代盆地から採取された7億5000万^年から5億8000万年前の海洋堆積物のδ15Nデータは、現代の海洋と同様の窒素同位体比を示しており、最頻値は+4%、範囲は-4%から+11%である。クライオジェニアン-エディアカラ境界を越えて大きな変化は見られず、トニアン期の7億5000万年前にはすでに酸素が世界中の海洋に遍在していたことを示唆している。^[5]

海水の硫酸塩δ ³⁴ S値は、氷河期に大幅に低下したものの、新原生代の大部分で徐々に増加し、^[6]エディアカラ紀には有意な正の変動が見られ、それに応じて黄鉄鉱δ ³⁴ Sが減少した。硫酸塩と硫化物の間の分別率が高いことは、水柱内の硫酸塩の利用可能性が増加したことを示しており、これは黄鉄鉱と酸素の反応が増加したことを示す。^[7]さらに、遺伝学的証拠は、新原生代に非光合成性硫化物還元細菌の放散が発生したことを示している。細菌による硫黄の不均化により、このような細菌は海洋硫化物からより重い硫黄同位体をさらに枯渇させる。^[8]このような細菌は生存するために大量の酸素を必要とするため、新原生代に酸素化現象が起こり、酸素濃度が現代の5～18％以上に上昇したことが、これらの微生物の多様化に必要な前提条件であったと考えられています。^[9]

海洋への風化と二酸化炭素のガス放出の速度が一定または増加する場合、δ 13 ^Cは純一次生産性と酸素化の変化を信頼性を持って示すことができます。なぜなら、どちらかの減少は、利用可能な炭素の供給が減少する一方で、既存のコミュニティによる炭素 12の継続的な優先的な生物学的消費を通じて、 δ ^{13 C の正の変動を引き起こす可能性があるからです。ただし、一次生産性と酸素生産の増加は示されません。 [3]}ストロンチウム 87とストロンチウム 86の比率は、海洋の栄養供給に対する大陸風化の相対的な寄与を決定するために使用されます。^[1]この比率の増加は、新原生代からカンブリア紀まで観察され、カンブリア紀末にピークに達しました。これは大陸風化の増加を示唆し、この期間に高酸素化が起こったという炭素同位体比からの証拠を強化します。^[10]

Cr(III) から Cr(VI) への表面酸化は、クロムの同位体分別を引き起こします。Cr(VI) は、通常、クロム酸塩または二クロム酸塩として環境中に存在し、δ ⁵³ Cr、つまりクロム 53 とクロム 52 の比の値が高くなりますが、細菌による Cr(VI) から Cr(III) への還元は、負のクロム同位体偏位と関連しています。酸化クロムが河川から海洋に運ばれた後、Cr(VI) を Cr(III) に還元し、続いて第一鉄を第二鉄に酸化する反応は、Cr(VI) を隔離するのに非常に効率的であり、オキシ水酸化第二鉄による Cr(III) の沈殿も同様です。つまり、第三鉄が豊富な堆積物中に化学的に沈殿したクロム同位体比は、堆積時の海水のクロム同位体比を正確に反映します。 Cr(III) から Cr(VI) への効率的な酸化は、高酸素フガシティでのみ安定かつ豊富に存在する触媒二酸化マンガンの存在下でのみ可能であるため、δ ⁵³ Cr の正の偏移は大気中の酸素濃度の増加を示します。新原生代に堆積した縞状鉄鉱層(BIF) は、一貫して0.9% から 4.9% の非常に正の δ ^{53 Cr 値を示し、この時代の大気の酸素化を示しています。 [11] [3]}酸化クロム循環は約 8 億年前に始まり、酸素レベルの上昇はクライオジェニアン氷河期よりかなり前に始まったことを示しています。^[12]クロム同位体はまた、クライオジェニアン間氷期、スターティアン氷河期とマリノアン氷河期の間に、海洋と大気の酸素化が遅く、抑制されていたことを示しています。この期間は NOE の小休止でした。^[13]

δ98Mo値は^、後期エディアカラ紀の方がクライオジェニアン期や前期・中期エディアカラ紀よりもわずかに高かった。この同位体プロキシは、後期エディアカラ紀の海洋の酸素化レベルが中生代の 海洋無酸素事象のそれに匹敵することを示している。^[14]

海水の酸素化の変化を測る同位体測定法として一般的に使用されるδ238Uの非常に低い値は、ネオプロテローゾイック時代の大半で、無酸素水と酸素飽和水の一時的な一過性の拡大を挟んだ進行性の酸素化を反映していると解釈されてきた。^[ 15 ^{]エディアカラ紀初期には、}ウラン同位体の変化は軽炭素同位体の濃縮と並行して起こった。^[16]

ボーリング・ビリオン期には、プランクトン性窒素固定細菌が存在しなかったため、外洋の生産性はネオプロテローゾイックや顕生代に比べて非常に低かった。海洋プランクトンニッチを占有できる窒素固定細菌と非窒素固定ピコシアノバクテリアの進化と拡散、およびその結果生じたクライオジェニアン期の窒素循環の変化が、大気中の急速な酸素化と二酸化炭素の除去の原因であると考えられており、ネオプロテローゾイックのこの時期を特徴づける極めて厳しい氷河期の発達を説明するのにも役立つ。 ^[17]

地球の自転の減速とそれに伴う昼の長さの増加は、暗闇によって頻繁に中断される短い期間と比較して、中断されない長い期間の昼間のほうがシアノバクテリアの生産性が高くなるという実験結果に基づいて、NOEの可能性のある原因として示唆されています。^[18]

新原生代には、無酸素状態の底水を持つ大きな湖で大規模な有機炭素の埋没が起こった。炭素は堆積岩に閉じ込められていたため酸化できず、大気中の酸素が蓄積された。^[19]

真核生物の多様性の増加は、深海からリンが除去されることで深海の酸素化が進んだ原因であると提案されている。大型多細胞生物の進化は、海底に沈む有機物（マリンスノー）の量の増加をもたらした。これは、底生濾過摂食動物（例えば、襟鞭毛藻類やオタビアなどの原始的な海綿動物）の進化と相まって、酸素需要を水柱のさらに下に移動させたと考えられており、その結果、リンが海から除去され、生産性が低下し、酸素需要が減少し、その結果、深海水の酸素化が増加するという正のフィードバックループが発生した。酸素化が進んだ海洋は真核生物のさらなる分散を可能にし、それが酸素化を加速する正のフィードバックループとして機能した可能性が高い。^[20]

シアノバクテリアと真核生物の光合成独立栄養生物（緑藻と紅藻）による地球規模の光合成速度の増加の結果として有機炭素隔離が急速に増加し、超大陸ロディニアの分裂に起因する大陸洪水玄武岩のケイ酸塩風化の増加と連動して発生しました^[21]。これが、新原生代中期のクライオジェニアンにおけるスターティアン氷河期とマリノア氷河期の引き金となったと考えられています。 ^[17]

トニアン期には、深海の酸素「オアシス」で非常に初期の多細胞生物が進化し、多様化した可能性があり、このオアシスは真核生物の進化の初期段階でゆりかごの役割を果たした。^[22]しかし、酸素含有量がいくらか増加したにもかかわらず、後期トニアン期を通して無酸素状態とユーキシニアが持続したことは、真核生物の多様性が全体的に低いままであったことを意味した。^[23]エディアカラ期を通じて、海洋は徐々に酸素化され、^[24]ガスキエル氷河期の直後の期間には、海洋の酸素含有量が大幅に増加した証拠が見られた。^[25]この地質学的期間における多細胞生物の急速な多様化は、酸素含有量の増加に起因すると考える著者もおり、^[26]エディアカラ生物群の象徴的な酸素消費性多細胞真核生物が遍在し、広範囲に分布するようになった。^{[27] [28] [29]}後生動物は当初、溶存酸素が最も多く含まれる深く冷たい海水に限定されていましたが、地球全体の酸素レベルが上昇するにつれて、徐々に海洋のより暖かい地域に生息範囲を広げていきました。^[30]

• 大酸化イベント
• アバロン爆発
• カンブリア爆発
• シルル紀・デボン紀の陸上革命