パンゲアの巨大モンスーン

パンゲア大陸のモンスーン循環の概念は、1973年に初めて提唱されました。^{[ 3 ]}地質記録にある蒸発岩は、パンゲア大陸の中心付近に広範囲にわたる乾燥状態が持続していたことを示唆しており、この理論が広まる最初の証拠となりました。超大陸の内部、特に東部は、循環を駆動する半球規模の気圧系によって大気中の水分がほぼすべてその地域から逸らされたため、非常に乾燥していたと考えられます。^{[ 3 ]}後に、大陸の外側の石炭層の調査によって、モンスーンによる気候の証拠が得られました。地質記録に両方の特徴が存在することは、モンスーン循環を示唆しています。^{[ 3 ]}

パンゲア巨大モンスーン理論の信憑性が高まり始めたため、古気候学者は、観測やモデルがその仮説を裏付けているかどうかを確認するために、循環の気候学的影響を予測した。一般的な合意では、巨大モンスーンの存在を検証するために存在する必要がある4つの主要な兆候が挙げられた。^{[ 3 ]}

1. 季節性を示す岩石学的指標は、パンゲア大陸沿岸の広範囲にわたって分布しているはずである。
2. 帯状流のパターンからの逸脱を示す証拠を特定する必要があった。
3. 記録によれば、パンゲア大陸の赤道付近は慢性的な乾燥に悩まされていたはずである。
4. モデルや地質学的観測によって、この循環が三畳紀にピークを迎えたことを証明する必要があるだろう。^{[ 3 ]}

北半球の夏、地球の自転軸の傾きが太陽の方向を向いているとき、ローラシア大陸は最も直接的な日射を受け、大陸上には広範囲にわたる暖かく上昇する空気と低い地表気圧が生じたと考えられます。モデルによると、この季節的な低気圧は、テチス海に比較的近い北緯35度付近に位置していたとされています。^{[ 4 ]}ゴンドワナ大陸では、陸地が受ける日射量が少なく、気温が低いため、高気圧が優勢であったと考えられます。^{[ 5 ]}

気圧傾度力により、空気は高気圧から低気圧へと移動します。これにより、大気の流れは南半球からローラシア大陸へと向かい、その過程でテチス海を横断することになります。テチス海の水は気団に蒸発します。最終的に、気団はローラシア大陸の海岸に到達し、膨大な量の降水をもたらします。^{[ 5 ]}モデルでは、世界平均降水量は 年間約1,000 mmと推定され、沿岸地域では 雨季に毎日8 mm以上の雨が降ります。^{[ 4 ]}大気の流れがゴンドワナ高気圧システムから離れる方向に向けられると、地表の風は発散し、南半球全体で晴れて非常に乾燥した状態になります。^{[ 4 ]}

いくつかの研究によると、三畳紀には循環が非常に強かったため、主に東向きの地球規模の風の流れの一部を逆転させることができたと考えられています^{[ 3 ] [ 6 ] [ 7 ]。}そのため、西風が西海岸に影響を与えました。これにより、各大陸の西海岸沿いの地表収束が最大化され、季節性が高まりました^{[ 3 ] 。}

北半球の冬の間、地球の傾きが太陽から遠ざかる方向に向いていると、太陽放射が最大となる領域が南半球に移動するにつれて、循環が逆転した。その後、空気はローラシア大陸（高気圧域）からテチス海を横断してゴンドワナ大陸（低気圧域）へと移動した。南半球への湿気の移流は、ゴンドワナ大陸沿岸で大雨をもたらしたが、ローラシア大陸は非常に乾燥したままだった。^{[ 4 ]}

石炭は、植物質と湿潤な環境の両方が形成に必要なため、一般的に湿潤な気候の指標となります。時間の経過とともに石炭堆積物が極方向に移動していることは、降雨量の最大地域が赤道から遠ざかっていることを示唆しています。しかしながら、石炭の生成は降雨量に二次的に依存するため、地質学者は、石炭を降雨量の気候指標として使用することに依然として慎重です。^{[ 3 ]}かなりの量の蒸発が起こると、蒸発岩が形成され、これは乾燥した状態を示します。

黄土、つまり風で運ばれた塵は、過去の大気循環パターンの指標として使用できます。モンスーンがなければ、地球上の地表風は主に東西方向で東向きだったでしょう。しかし、地質学的記録によると、風は赤道横断の南北方向のパターンを示していましたが、メガモンスーンの最盛期には西風が西向きに吹いていたことも示されています。^{[ 3 ] [ 9 ] [ 10 ]}

パンゲア大陸時代に遡る化石も、強いモンスーン循環が超大陸の気候を支配していたという主張を裏付けています。例えば、木の年輪（成長輪とも呼ばれる）は、年間の気候パターンの明確な変化の確かな証拠となります。季節の変化がない地域に根を張る木は、成長しても幹に年輪は現れません。しかし、かつて沿岸部の中緯度パンゲア大陸であった場所から発掘された化石化した木材には、年輪がはっきりと存在しています。^{[ 2 ]}他の古植物相は、1年の大部分が温暖で湿潤な季節に支配されていたことを示唆しています。これらの地域からは、大きくて滑らかな葉の形、薄いクチクラ、対称的な気孔分布、熱帯のシダ植物が発見されています。^{[ 2 ]}

パンゲア大陸に生息していた無脊椎動物や脊椎動物は、季節性のさらなる証拠を提供している。例えば、イシガイ科の二枚貝の殻には均一な縞模様が見られる。イシガイ科の二枚貝は、浅く酸素が豊富な湖を必要とする水生生物だった。夏の間、雨が降り続くと、好気呼吸が行われ、炭酸カルシウムが沈殿して殻が成長した。冬になると降雨が止み、パンゲア大陸内の浅い水域は乾燥し始めた。そのため、イシガイ科の二枚貝は環境中の酸素を消費し、最終的には嫌気呼吸に頼らざるを得なくなった。嫌気呼吸によって酸性の老廃物が生成され、それが炭酸カルシウムの殻と反応して、より濃い色の輪ができ、明確な乾季の存在を示すようになった。夏の雨が再び降ると、好気呼吸が再開され、炭酸カルシウムが再び生成された。そのため、乾燥した冬から雨の多い夏への移行は、イシガイ科二枚貝の殻に見られる明暗の縞模様の交互のパターンに記録されている。^{[ 2 ]}

ハイギョの穴掘りパターンも水位の上昇と下降とよく相関している。^{[ 2 ]}水位は雨季には上昇したが、風向きが変わって水分がその場所から逸れると急速に低下し、乾季が始まった。季節性のさらなる証拠は、他の脊椎動物の化石化した死骸にも見られる。これらは、冬の間にかなりの乾燥が起こり、その後、泥流（長引く雨季の結果）によって埋没して保存された痕跡を示している。^{[ 2 ]}

石炭紀の大部分において、熱帯は湿潤な状態にあり、ゴンドワナ大陸の高緯度地域は氷河に覆われていた。^{[ 11 ]}それでも、湿気が極方向へ移動する最初の兆候は石炭紀後期に現れた。地質学者は、過去の石炭堆積地域が時間の経過とともに赤道から遠ざかるにつれて堆積し始めたことを追跡しており、これは降水パターンが熱帯から高緯度へと変化した証拠である。^{[ 3 ]}それでも、陸塊の分布は依然として南半球に集中していた。したがって、大気の流れは依然として大部分が帯状であり、^{[ 12 ]}モンスーン循環がまだ気候パターンを支配するようになっていなかったことを示している。

ペルム紀には、モンスーン循環が岩相に明確に現れている。前期ペルム紀には、西風成分（夏のモンスーン、つまり雨季を示す）を持つ風が観測されている。^{[ 13 ]}大陸は北へ移動し続けた。その結果、陸塊は赤道全体に均等に分布するようになり、メガモンスーンはますます強まった。

ゴンドワナ大陸の北上も、徐々に氷河が後退する原因となった。^{[ 14 ]}気候モデルによると、惑星の氷床が減少するにつれて低気圧が強まり、モンスーンの影響が増幅された。これは熱帯の乾燥を増幅させる働きもした。したがって、氷期と間氷期のパターンがパンゲア大陸のモンスーン循環に大きな影響を与えたと考えられている。^{[ 15 ]}モデルによると、石炭紀とペルム紀の間には世界的に二酸化炭素が大幅に増加し、気温の上昇をもたらした。

三畳紀には、巨大モンスーンが最大強度に達しました。これは、この時期にシベリアと華北および華南クラトンが最終的に加わり、超大陸の表面積が最大になったことが原因と考えられています。陸塊は北半球と南半球に均等に分布し、赤道によってほぼ完全に二分され、北緯85度から南緯90度まで広がっていました。^{[ 3 ]}

パンゲア大陸の表面積の増加と、陸塊が両半球に均等に分布したことの両方が、夏季の地表加熱を最大化しました。^{[ 3 ]}地表加熱が強ければ強いほど、対流はより激しくなりました。上昇気流を強めることで、夏季の地表低気圧の中心気圧は低下しました。その結果、半球の気圧勾配が大きくなり、赤道横断流が増幅されました。

さらに、三畳紀には地球は温室気候を経験しており、その結果、極地を含む大陸は氷が完全に消失しました。^{[ 16 ]}間氷期はモンスーン循環の強化とよく相関しています。^{[ 17 ]}記録は、この期間を通して風向に西向きの要素があることを明確に示しています。また、古生物学的証拠が最も多く見られるのもこの時期です。^{[ 18 ] [ 3 ]}

ジュラ紀初期には、超大陸は北へ移動し続けました。テチス海の沿岸はより湿潤な状態が続きました。^{[ 19 ]}大陸が離れ始めたジュラ紀には、モンスーン循環は弱まり始めました。^{[ 3 ]}記録によると、大規模な大気の流れは徐々に主に帯状のパターンに戻りました。^{[ 5 ]}そのため、大陸全体で気候パターンは極端ではなくなりました。