超大陸

地質学では、超大陸とは地球上の大陸ブロックまたはクラトンのほとんどまたはすべてが集まって一つの大きな陸地を形成しているものである。^{[1] [2] [3]}しかし、一部の地質学者は「かつて分散していた大陸の集まり」という異なる定義を使用しており、これは解釈の余地があり、先カンブリア時代に適用しやすい。^[4]超大陸を他の大陸群と区別するために、大陸が当時存在していた大陸地殻の少なくとも約75%を含んでいなければならないという制限が提案されている。^[5]

プレートテクトニクスの力を受けて、超大陸は地質学上の過去に何度も集合と分散を繰り返してきた。現代の定義によれば、超大陸は現在存在しない。^[1]最も近いのは現在のアフロユーラシア大陸で、地球の総陸地面積の約57%を占める。大陸の陸地が互いに接近していた最後の時期は3億3600万年から1億7500万年前で、超大陸パンゲアを形成した。大陸の位置は、パンゲアが分裂する直前のジュラ紀初期まで正確に特定されている。 ^[6]パンゲアの前身であるゴンドワナは、当時バルティカ、ローレンシア、シベリアの陸地が別々であったため、最初の定義では超大陸とは見なされていない。 ^[7]

パンゲア・プロキシマと呼ばれる将来の超大陸は、今後2億5000万年以内に形成されると仮定されている。^[8]

顕生代超大陸パンゲアは2億1500万年前に分裂し始め、この分裂は現在も続いています。パンゲアは地球の超大陸の中で最も新しいため、最もよく知られ、理解されています。パンゲアが教室で人気があるのは、大西洋に面した現在の大陸をパズルのピースのように組み合わせるだけで、その復元がほぼ簡単だからです。^[4]

パンゲア以前の時代については、地質学的時間を通じての超大陸の進化に関して対照的な 2 つのモデルが存在します。

最初のモデルでは、少なくとも2つの別々の超大陸が存在し、ヴァールバラ大陸とケノルランド大陸が存在し、ケノルランド大陸はスペリア大陸とスクラビア大陸で構成されていたと理論づけられている。新始生代のこれらの部分は、約2480 Maと2312 Maに分裂し、その一部が後に衝突してヌーナ大陸（北ヨーロッパ大陸と北アメリカ大陸）を形成した。ヌーナ大陸は中原生代を通じて、主に若い弧の側方付加によって発達し続け、約1000 Maにヌーナは他の陸地と衝突してロディニア大陸を形成した。[ 4 ^]約825 Maから750 Maの間にロディニア大陸は分裂した。[ ^{9]しかし、完全に分裂する前に、}ロディニア大陸のいくつかの断片がすでに集まって約608 Maまでにゴンドワナ大陸を形成していた。

2番目のモデル（ケノーランド-アークティカ）は、古地磁気と地質学の両方の証拠に基づいており、大陸地殻は、約272億年前から、約5億7300万年前以降のエディアカラ紀に分裂するまで、単一の超大陸で構成されていたと提案しています。再構築^[10]は、古地磁気極が約272億年前から2115億年前、135億年前から113億年前、および75億年前から5億7300万年前の間の長い間隔で準静的な位置に収束するという観察から導き出されており、再構築にはわずかな周辺的な変更のみが加えられています。 ^[11]その間の期間中、極は統一された見かけの極移動経路に従います。

最初のモデルとは対照的であるが、最初のフェーズ（プロトパンジア）は基本的に最初のモデルのヴァールバラとケノルランドを組み込んでいる。プロトパンジア-パレオパンジア超大陸が長期間存続した理由としては、先カンブリア時代には蓋テクトニクス（火星や金星で機能していたテクトニクスに匹敵する）が優勢だったためと思われる。この理論によれば、現代の地球で見られるプレートテクトニクスは地質時代の後半にのみ優勢になった。^[11]このアプローチは古地磁気データの誤った適用を使用しているとして多くの研究者から広く批判された。^[12]

超大陸サイクルとは、地球規模で起こる、1つの超大陸の分裂と別の超大陸の形成である。^{[4]超大陸サイクルは、個々の}海洋盆地の開閉であるウィルソンサイクルとは異なる。ウィルソンサイクルが超大陸サイクルのタイミングと同期することはめったにない。^[1]しかし、超大陸サイクルとウィルソンサイクルはどちらもパンゲアとロディニアの形成に関与していた。^[6]

カーボナタイト、グラニュライト、エクロジャイト、グリーンストーンベルトの変形イベントなどの世俗的な傾向はすべて、先カンブリア時代の超大陸の周期性を示す可能性のある指標ですが、プロトパンジア-パレオパンジアの解決策は、顕生代スタイルの超大陸サイクルがこの時代には機能していなかったことを示唆しています。また、これらの世俗的な傾向が超大陸サイクルに弱い、不均一な、またはまったく影響を与えない例もあります。超大陸を再構築するための世俗的な方法では、1つの説明しかできない結果が生成され、各傾向の説明は残りの説明と適合する必要があります。^[4]

以下の表は、ブラッドリーの2011年のより緩い定義^[7]を使用して、およそ数百万年前（Ma）のタイムスケールで再構築された古代の超大陸の名前です。

超大陸の形成と分散の原因は、地球のマントルの対流プロセスによって引き起こされると考えられています。マントルの約 660 km の深さで不連続が発生し、プルームとスーパープルーム(別名、低せん断速度の大きな領域)を伴うプロセスを通じて地殻表面に影響を与えます。沈み込んだ地殻のスラブが周囲のマントルよりも密度が高い場合、不連続に沈みます。スラブが蓄積されると、下部マントルに沈み込み、「スラブ雪崩」として知られています。不連続でのこの変位により、下部マントルが補償され、他の場所で上昇します。上昇するマントルはプルームまたはスーパープルームを形成する可能性があります。^[1]

火山活動は、大イオン親岩元素を補充することで上部マントルの組成に影響を与えるほか、プレート運動にも影響を与える。^[1]プレートは、おそらくスラブ雪崩が発生したジオイド低地に向かって移動し、プルームまたはスーパープルームによって引き起こされるジオイド高地からは押しのけられる。これにより大陸が押し合い、超大陸が形成されるが、これは明らかに、初期の大陸地殻がプロトパンジアに凝集する原因となったプロセスであった。^[17]

超大陸の分散は、非常に大きな対流細胞またはプルームの上昇により地殻の下に熱が蓄積されることによって引き起こされ、大量の熱放出が最終的にパレオパンジアの分裂を引き起こしました。^[18]集積は、雪崩スラブまたは対流細胞の下降枝によって引き起こされるジオイド低地で発生します。超大陸の集積と分散の証拠は、地質学的岩石記録に見られます。

既知の火山噴火の影響は、洪水玄武岩の影響とは比較になりません。洪水玄武岩の時期は、大規模な大陸分裂と一致しています。しかし、洪水玄武岩の生成に必要な時間に関するデータが不足しているため、気候への影響を定量化することは困難です。単一の溶岩流の時期も不明です。これらは、洪水玄武岩が古気候にどのように影響したかに関する重要な要因です。^[6]

パンゲアにまで遡る地球規模の古地理とプレートの相互作用は、今日では比較的よく理解されています。しかし、地質学の歴史を遡るほど、証拠はまばらになります。海洋磁気異常、受動的な境界の一致、造山帯の地質学的解釈、古地磁気、化石の古生物地理学、気候に敏感な地層の分布はすべて、大陸の所在地の証拠と、時代を通じた環境の指標を得るための方法です。^[4]

顕生代（5億4100万年前から現在）と先カンブリア代（46億年前から5億4100万年前）には、主に受動的境界と砕屑性ジルコン（および造山性花崗岩）があったが、パンゲアの存続期間中にはほとんどなかった。 ^[4]大陸の一致する縁は受動的境界が形成される場所です。これらの大陸の縁は裂けることがあります。この時点で、海底拡大が原動力になります。したがって、受動的境界は超大陸の分裂中に生まれ、超大陸の形成中に消滅します。パンゲアの超大陸サイクルは、これらの実体の有無を利用して超大陸の発達、保有期間、および分裂を記録することの効率性を示す良い例です。パンゲアの形成のタイミングである5億年から3億5000万年の間に、受動的境界は急激に減少しています。パンゲアの存続期間は3億3600万年から2億7500万年の間、受動的境界の数が少ないことで特徴づけられ、その崩壊は受動的境界の増加によって正確に示唆されている。^[4]

造山帯は、大陸や超大陸の形成中に形成されることがある。大陸ブロック上に存在する造山帯は3つの異なるカテゴリーに分類され、地質体の解釈に影響を与えている。^[1]クラトン間造山帯は、海洋盆地の閉鎖を特徴とする。クラトン内活動の明確な指標には、縫合帯に存在するオフィオライトやその他の海洋物質が含まれる。クラトン内造山帯は衝上断層帯として発生し、海洋物質は含まれない。しかし、オフィオライトが存在しないことは、クラトン内造山帯の強力な証拠とはならない。なぜなら、海洋物質はクラトン内環境で押し出され、浸食される可能性があるからである。3番目の種類の造山帯は、小さな盆地が閉じた限定造山帯である。超大陸の形成には、クラトン内造山帯が示される必要がある。^[1]しかし、造山帯の解釈は難しい場合がある。

ゴンドワナ大陸とローラシア大陸の衝突は古生代後期に起こった。この衝突により、赤道に沿ってバリスカン山脈が形成された。 ^[6]この長さ6000キロメートルの山脈は通常2つの部分で呼ばれ、東部は石炭紀後期のヘルシニア山脈、西部はペルム紀初期に隆起したアパラチア山脈である。（チベット高原のような平坦な高原の存在は議論の余地がある。）バリスカン山脈は地理的に北半球と南半球の両方に影響を与えた。アパラチア山脈の標高は地球の大気循環に大きな影響を与えた。^[6]

大陸は地球の気候に劇的な影響を与えますが、超大陸はより大きく、より広範囲に影響を及ぼします。大陸は地球全体の風のパターンを変え、海流の経路を制御し、海洋よりも高いアルベドを持っています。 ^{[1]風は山によって方向を変え、アルベドの違いは陸地の風に変化をもたらします。大陸内部の標高が高いほど、}大陸性現象と呼ばれる、より涼しく乾燥した気候が生まれます。これは今日ユーラシア大陸で見られ、岩石記録はパンゲア大陸の中央部に大陸性があった証拠を示しています。^[1]

氷河期という用語は、地球上で何百万年にもわたる長い氷河期を指します。 ^{[19]氷河は、特に}海面変動を通じて気候に大きな影響を与えます。大陸の位置と標高、古緯度、海洋循環の変化は氷河期に影響を及ぼします。大陸や超大陸の分裂と分裂は、氷河期と関連しています。^{[19]先カンブリア時代の超大陸シリーズのモデルによると、ケノーランドとロディニアの分裂は、それぞれ}古原生代と新原生代の氷河期に関連していました。

対照的に、プロトパンジア・パレオパンジア理論は、これらの氷河期が大陸移動速度の低下期と相関関係にあることを示しており、地殻変動とそれに伴う火山活動の低下がこれらの地球規模の寒冷期の原因であると結論づけている。^[11]地域的な隆起の時期を伴った超大陸の蓄積の間、氷河期はまれであり、それを裏付ける証拠はほとんどないと思われる。しかし、証拠の欠如から、氷河期が超大陸の衝突による集合と関連していないという結論は出せない。^[19]これは単に保存バイアスを表している可能性がある。

オルドビス紀後期（約4億5840万年前）には、ゴンドワナ大陸の特殊な構造により、氷河作用と高CO2レベルが同時に発生した可能性がある_。 [ ^20]しかし、一部の地質学者はこれに反対し、この時期に気温が上昇したと考えている。この気温上昇は、ゴンドワナ大陸が南極を横切って移動したことに強く影響され、長期間の積雪が妨げられた可能性がある。オルドビス紀後期の南極の気温は氷点下に達した可能性があるが、シルル紀前期 （約4億4380万年前）からミシシッピ 紀後期（約3億3090万年前）にかけては氷床は存在しなかった。^[6]大陸の端が極に近い場合、大陸の雪が発生する可能性があるという理論には同意できる。したがって、ゴンドワナ大陸は南極に接しているにもかかわらず、海岸沿いで氷河作用を経験した可能性がある。^[20]

モンスーン循環中の降水量を予測するのは難しいが、古生代後期（約2億5190万年前）にはパンゲア内部に大きな地形障壁があったという証拠がある。南西から北東に伸びるアパラチア・ヘルシニア山脈の存在により、この地域のモンスーン循環は、ユーラシア大陸内のモンスーン周期の大きさにプラスの影響を与えることで知られるチベット高原周辺の現在のモンスーン循環と関連している可能性がある。したがって、ジュラ紀に超大陸の他の地域で地形が低かったことが降水量の変動にマイナスの影響を与えたと予想される。超大陸の分裂が局所的な降水量に影響を与えた可能性がある。^[21]超大陸が分裂すると、大陸地表への降水流出量が増加し、ケイ酸塩の 風化とCO ₂の消費が増加する。^[9]

始生代に太陽放射が30パーセント減少し、カンブリア紀と先カンブリア紀の境界が6パーセント減少したにもかかわらず、地球は先カンブリア代を通じて3回の氷河期しか経験していない。^[6]モデルが1つの気候構成（通常は現在のもの）に限定されている場合、誤った結論が導き出される可能性が高くなります。^[22]

大陸内部の冬が寒いのは、放射冷却（大きい）と大陸縁からの熱輸送の比率によるものである。大陸内部の冬の気温を上げるには、熱輸送の速度が放射冷却の速度よりも大きくなる必要がある。気候モデルによると、大気中のCO2含有量の変化_と海洋の熱輸送は比較的効果的ではない。^[22]

CO2モデルは_、新生代後期と石炭紀-ペルム紀の氷河期には値が低かったことを示唆している。しかし、古生代初期の値ははるかに大きく（今日よりも10％以上高い）、これは先カンブリア時代の超大陸の分裂後の海底拡大速度が速かったことと、炭素吸収源としての陸上植物が少なかったためである可能性がある。^[20]

ペルム紀後期には、パンゲアの季節ごとの気温は劇的に変化したと予想されている。亜熱帯の夏の気温は現在よりも6～10度も高く、冬の中緯度では摂氏マイナス30度以下だった。超大陸内のこうした季節的な変化は、パンゲアの大きさの影響を受けていた。そして、現在と同様に、沿岸地域では気温の変動がはるかに少なかった。^[6]

ジュラ紀には、夏の気温はローラシア大陸の北縁に沿って摂氏0度以上には上がらなかった。ローラシア大陸はパンゲア大陸の最北端であった（パンゲア大陸の最南端はゴンドワナ大陸であった）。ロシアで発見された氷河に運ばれたドロップストーンは、この北の境界を示すものである。ジュラ紀は、今日の中央ユーラシアの気温と比較して、東経90度に沿った気温が摂氏約10度暖かかったと考えられている。^[22]

超大陸時代のミランコビッチ サイクルに関する研究の多くは、白亜紀中期に焦点を当てている。現在のユーラシア大陸におけるミランコビッチ サイクルの振幅は、超大陸パンゲアの南半球と北半球の両方で反映されている可能性がある。気候モデルでは、夏の変動はパンゲアで 14～16 ℃ で、これは更新世のユーラシアの夏の気温と同程度か、わずかに高いことが示されている。振幅が最も大きいミランコビッチ サイクルは、三畳紀とジュラ紀の中緯度から高緯度で発生したと予想される。^[22]

プレートテクトニクスと大気の化学組成（特に温室効果ガス）は、地質学的時間スケール内に存在する2つの最も重要な要因です。大陸移動は寒冷気候と温暖気候の両方に影響を与えます。大気循環と気候は大陸と超大陸の位置と形成に大きく影響されます。したがって、大陸移動は平均地球気温に影響を与えます。^[6]

始生代の酸素レベルはごくわずかで、現在では約21パーセントである。地球の酸素含有量は段階的に増加したと考えられており、地球の超大陸の発達と非常に近い時期に6段階または7段階に分かれている。^[23]

1. 大陸が衝突する
2. 超高山の形成
3. 超高山の侵食
4. 大量のミネラルや栄養素が外洋に流出する
5. 海洋藻類の爆発的増加（一部は注目の栄養素から供給）
6. 光合成中に生成される大量の酸素

地球の大気中の酸素含有量の増加のプロセスは、大陸同士の巨大な陸地の衝突によって超大陸が形成され、超大陸山脈（超山脈）が形成されたことから始まったと理論づけられている。これらの超山脈は侵食され、鉄やリンなどの大量の栄養素が、現在見られるように海に流れ込んだ。すると海は光合成生物に不可欠な栄養素が豊富になり、光合成生物は大量の酸素を呼吸できるようになった。造山運動と大気中の酸素含有量の間には明らかに直接的な関係がある。また、これらの大量酸素化イベントのタイミングと同時期に堆積物が増加したという証拠もあり、この時期の有機炭素と黄鉄鉱は堆積物の下に埋もれやすく、自由酸素と反応できなかったことを意味している。これが大気中の酸素増加を持続させた。^[23]

265 億年前にモリブデン同位体の分別が増加しました。これは一時的なものでしたが、モリブデン同位体が分別するには自由酸素を必要とするため、大気中の酸素の増加を裏付けています。245 億年から232 億年の間に、 2 回目の酸素化期間が発生し、これは「大酸素化イベント」と呼ばれています。このイベントを裏付ける証拠には、230 億年前に赤色の層が出現したこと(つまり Fe ³⁺が生成され、土壌の重要な成分になったこと) があります。

約18 億年前の第 3 の酸素化段階は、鉄鉱石の消失によって示されます。ネオジム同位体の研究では、鉄鉱石は通常大陸起源であることが示唆されており、これは溶解した Fe と Fe ^{2+ が}大陸侵食中に運ばれなければならなかったことを意味します。大気中の酸素の増加は Fe の輸送を妨げるため、鉄鉱石の減少は酸素の増加の結果であった可能性があります。約6 億年前の第 4 の酸素化イベントは、海洋炭酸塩関連硫酸塩からの硫黄同位体のモデル化された割合に基づいています。これらのモデルによって示唆される硫黄同位体の増加 (濃度のほぼ 2 倍) には、深海の酸素含有量の増加が必要です。

6億5000万年前から5億5000万年前の間に海洋酸素レベルが3回上昇しており、この時期は第5の酸素化段階である。この時期が酸素化イベントであったことを示す理由の1つは、黒色頁岩中の酸化還元感受性モリブデンの増加である。6番目のイベントは3億6000万年前から2億6000万年前の間に発生し、大気中の酸素の増加に強く影響された硫酸塩中の34S^と炭酸塩中の13C^のバランスの変化を示唆するモデルによって特定された。^{[23] [24]}

花崗岩と砕屑性ジルコンは、岩石記録において顕著に類似した散発的な外観を呈しています。それらの変動は先カンブリア時代の超大陸サイクルと相関しています。造山性花崗岩のU-Pb ジルコンの年代は、最も信頼性の高い年代決定要因の 1 つです。

花崗岩由来のジルコンに頼ることには、世界的に均一なデータの欠如や、堆積物の被覆や深成岩の消費による花崗岩ジルコンの損失など、いくつかの問題があります。花崗岩ジルコンが不十分な場所では、砂岩からの砕屑性ジルコンが現れ、ギャップを埋めます。これらの砕屑性ジルコンは、主要な現代の河川とその流域の砂から採取されます。^[4]海洋磁気異常と古地磁気データは、大陸と超大陸の位置を約1億5000万年前まで遡って再構築するために使用される主要なリソースです。^[6]

• 古大陸の一覧
• スーパーオーシャン

• ニールド、テッド、超大陸：地球の生命の100億年、ハーバード大学出版、2009年、ISBN 978-0674032453 

• 古地図プロジェクト – クリストファー・R・スコテーゼ