ステップトー正炭素同位体偏位

ステプトゥー正炭素同位体エクスカーション（SPICE）は、4億9700万年前から4億9400万年前の上部カンブリア紀に発生した地球規模の化学地層学的イベント^です。^[1]このイベントは、ICSのグザンギアン-パイビアン期境界と北米のマルジュマン-ステプトゥー期境界に対応しています。^[2] SPICEイベントの一般的な特徴は、正のδ13Cエクスカーションであり、世界中の炭酸塩層序内で^δ13C値が4〜6 ‰（パーミル）シフトすることを特徴とする^{[1] [2]}。^[3] SPICEは1993年に初めて説明され、^[4]その後1998年に命名されました。^{[3]これらの研究の両方で、SPICEエクスカーションが特定され、}米国西部のグレートベースンのカンブリア紀の層内で傾向が観察されました。^[3]

SPICE の年代は 497 ～ 494 MA とされており、主に相対年代測定と生層序学を用いて特定されています。SPICE の開始は、一般に、マルジュマン期末バイオメア絶滅の第 2 波に対応し、ステプトー期末バイオメア絶滅に対応すると認められています。^{[1]これらの絶滅に関連する}三葉虫と腕足動物の示準化石を使用することで、イベントの上限と下限を定義できます。SPICE の始まりは、浅瀬に生息するポリメリド三葉虫の絶滅によって特定され、その後、SPICE イベントの δ ¹³ C 値のピークが観測された後、深海に生息するオレニモルフ三葉虫に取って代わられました。^{[5] SPICE の年代は、北米のよく知られている}ソーク II-ソーク III シーケンス境界との相関関係に基づいて決定することもできます。さらに、生物地層学的マーカーに加えて、計算された堆積速度と、より広範囲に研究されたSPICEシーケンスの長さを使用して、SPICEイベントの300万年の時間枠も決定されました。^[2]

SPICEイベントは世界的に発現しており、米国、中国、オーストラリア、韓国、アルゼンチン、カナダ、フランス、カザフスタン、スコットランド、スウェーデンの11か国で地層が知られています（地層数の多い順）。これらの場所は4つの現代の大陸（北アメリカ、アジア、オーストラリア、ヨーロッパ、南アメリカ）にまたがり、5つの上部カンブリア紀の古大陸、ローレンシア、ゴンドワナ、カザフスタン、シベリア、[2]、バウルティカを表しています。[ 6 ] SPICE区間を含むすべての地層^は、古緯度30 ^° Nと60°Sの間に形成されました。^[2] SPICEの地層と地層の完全なリストについては、次の地図と表を参照してください。

SPICE エクスカーションを含む地層の現代の場所。詳細については、添付の表を参照してください。

SPICEエクスカーションを含む地層は、場所によって地質学的特徴が大きく異なり、非常に多様です。特に地層の厚さは場所によって大きく異なり、最も薄いのは中国の王梁嶼部で、3m未満です。この厚さは、800mを超えるシベリアのクルユンベ部とは対照的です。地層の厚さのこの変動は、497 Maから494 MaのSPICE期間中の地域的な堆積速度が世界的に均一ではなく、より地域に依存していたことを示唆しています。^[2]

さらに、SPICEエクスカーションを含む地層は、多種多様な岩相、相、水深を表しています。岩相の点では、すべてのSPICE区間は、炭酸塩およびケイ酸塩シーケンス内の炭酸塩ユニットに含まれています。SPICE区間の最も一般的な岩相は、ミクリティック石灰岩、または炭酸塩頁岩で、通常は薄い層の石灰質泥岩と交互に層をなしています。^{[21] [1] SPICE区間は}ドロマイトユニットでも観察されていますが、炭酸塩岩ほど一般的ではありません。^[2] SPICE区間は、相に関しても非常に多様で、浅い水域、中程度の水域、深い水域の例があります（場所のセクションの地図を参照）。^[2]最も研究対象となっている2つの地域を考慮すると、ローレンシアン層（米国）は浅層および中層相（浅瀬/沿岸、棚、棚内盆地）の代表性が高い傾向があり、^{[5] [21]}、ゴンドワナ層（中国とオーストラリア）は浅層および中層相に加えて深層相（斜面と盆地）の代表性が高い傾向がある。^[2]

SPICE 区間の標準 δ13 ^C値を定義すると、その大きさは場所によって大きく異なり、最大偏位値は 0.64 ‰ から 8.03 ‰ の範囲であることがわかります。ただし、値に関係なく、各シーケンスで観察される同様のパターンに基づいて SPICE 区間を識別できます。このパターンは、6 つの異なる段階 (SPICE 前、SPICE 初期、SPICE 上昇、^[1]プラトー、^[2]下降 SPICE、および SPICE 後^[1])に基づいて識別されます(各段階の視覚的表現については図を参照)。

SPICE期間の開始前のセクションの全領域。δ13C値^は0‰付近に留まり、現代の海洋溶存無機炭素と同様である。^{[1] [2]}

^{SPICEの始まりは、 δ13C}が0から約1‰までゆっくりと増加することで特徴付けられ、有機炭素の埋没が徐々に増加し、海洋の^{12Cが減少することを示唆しています。 [1] [2} ]

^δ13 ​​Cが初期のSPICE値から最大値まで急速に増加しています。この値の変化は一般的に3‰から6‰の間であり、有機炭素の埋没が急速に増加したことを示しています。 ^{[1] [2]} SPICEの上昇の始まりは、一般的にマルジュマン期末バイオーム絶滅の第2段階の化石指標とも一致しています。

δ13 ​​C値^は変動しますが、一定期間最大値付近に留まります。この段階はすべてのSPICE間隔で観察されるわけではありません。最大値に達した後、ほとんどの間隔はすぐにステージ5、つまり下降SPICEに進みます。^[2]

^δ13 ​​Cの最大値から標準海水値（0‰）付近まで急速に減少する。下降SPICEの減少率は、上昇SPICEの増加率よりも一般的に速い。一般的には、海水が標準δ13Cレベルに戻ると解釈される^。 [ ^{1] [2]}

SPICEの終了直後のセクションのすべての領域。^{[1] [2]}

地球規模のイベントであるにもかかわらず、SPICE 間隔内で観測される δ ¹³ C 値の大きさは、さまざまな地域条件によって大きく影響されるようです。判明しているいくつかの共通傾向は次のとおりです。

1. 古緯度の高い地層（南緯 30 度以上）では、地層全体にわたってδ ^{13 C 値が低くなる傾向があります。}
2. 浅い相では深い相よりも値が低くなります。
3. ^{石灰岩はドロ岩よりもδ13C}がわずかに高い傾向がある。^[2]

地域的な海面変動^{[22] [11]、}深海からの上層海水の冷却、^[1]、海洋の無酸素状態/正常酸素状態^{[9] [1]}、三葉虫と腕足動物の絶滅^{[5] [30]}はすべてSPICEイベントに関連しています。これらの要因の組み合わせにより、SPICEの形成の主なメカニズム、つまり一次生産性（例：光合成）の増加によって引き起こされる有機炭素の埋没の増加の条件が生まれます。

正の相関関係にある δ ³⁴ S _CAS変動と黄鉄鉱の埋没の増加によって示される深海の無酸素状態またはユーキニアの拡大^[9]は、堆積した有機物の保存と海洋生物に対するストレスの多い状況を促進する条件を作り出しました。^[1]当初、これらの状態はゆっくりと広がり、深海環境に限定され、地球の炭素システムへの影響は小さかったと考えられます。このゆっくりとした初期の変化は、初期 SPICE の段階的で小さなδ ¹³ C 変化によって表されます。しかし、時が経つにつれて、無酸素状態/ユーキニア状態の原因が増加し、棚のより浅い相に移動しました。これは、海面退縮 (北米のソーク II-ソーク III など) ^[11]や大気と海洋の地球規模の寒冷化などの他の要因と相まって、海洋生態系への圧力が高まりました。この圧力の上昇は、おそらくマルジュマン終末期バイオーム絶滅の第二波を引き起こし、^[1]その結果、この時期の化石記録から多くの浅海三葉虫や腕足動物種が姿を消すこととなった。^[5]

これらの三葉虫と腕足動物の絶滅により、捕食者の減少の結果として光合成を行う一次生産者が繁栄したと考えられます。これに加えて、無酸素状態の拡大による埋没の増加、および現在絶滅した海底生物による生物撹乱の減少により、δ ¹³ C 値が急激に上昇する可能性があります。^[1]この急激な上昇は、SPICE 上昇段階を通じて SPICE に反映されており、δ ¹³ C 値は絶滅後の一次生産性と埋没の急速な変化を反映しています。^[2]最後に、End-Marjuman Biomera 絶滅から下降 SPICE に移行すると、海洋は生物多様性の大幅な回復を経験する可能性があります。浅瀬の分類群の絶滅に続いて、より適応した深海のオレフィン形三葉虫動物相が多様化し始めます。End-Marjuman Biomera 絶滅によって空になった浅瀬環境が埋められます。^[5]この二次生産者の復活は、気候の変化による無酸素状態の減少と海面の安定化とともに、一次生産性と有機炭素の埋没の減少を引き起こします。^{[1] δ13C}値が急速に減少し、SPICE後の段階で観測されたより標準的な海洋δ13C値に安定します。^{[ 2]}

SPICEに関連してまだ研究されている疑問の1つは、SPICE初期段階の直前に、記述されていない負のδ ¹³ Cエクスカーションが起こる可能性である。この未確定の負のエクスカーションは、すべての場所で現れるわけではない。このエクスカーションは、サンプリングの不一致の結果として、または局所的なイベントのみを表しているために、検出されなかった可能性があると理論づけられている。 ^[2] SPICEに関するもう1つの重要な論争は、末期マルジュマン生物群絶滅および末期ステプトゥー生物群絶滅との正確な時期である。現在の研究では、SPICEの開始を末期マルジュマン絶滅の第2波に結び付けることしかできない。絶滅の第1波がSPICEと関連しているかどうか、またどのように関連しているかを判断するには、さらなる研究が必要である。^[5]さらに、SPICEと、末期ステプトゥー生物群絶滅や大オルドビス紀生物多様化イベント（GOBE）など、SPICE後に発生する大規模な生物多様性イベントへの影響については、まだ多くの疑問が残っている。いくつかの研究では、SPICE中に起こった三葉虫と腕足動物の種の入れ替わりが、その後の出来事と直接相関している可能性があることを示唆している。^[2]

SPICEと同様に、HICEイベントは気候の変化と世界の海面低下と関連しており、無酸素状態と有機炭素の埋没の増加をもたらします。HICEの^δ13C値は同様に正の値を示し、約+2‰から約+7‰の範囲です。さらに、SPICEと同様に、HICEイベントは短期間に発生した可能性があります。上部オルドビス紀に発生し、130万年未満続きました。ただし、HICEとSPICEの違いの1つは、HICEが一般的に浅海炭酸塩相に限定されていることです。^[42]

このシルル紀初期（4億3100万年前）のδ13C^変動もSPICEイベントとの類似性を示しており、δ13Cの最大値が約4.5‰である^。SPICEと同様に、研究ではこのイベントが海面低下と動物相の入れ替わりに関連していることが示唆されている。SPICEと同様に、イレビケンイベントでもδ13C変動と相関する正のδ34S CAS変動が見られる。これ^は_{無酸素状態と有機炭素の埋没増加の影響}^を示唆している。さらに、イレビケンイベントも世界中で発生しているが、その発現はSPICEと同様に、地元の岩相特性に大きく影響されている。^[43]