タールピット

タールピットは、アスファルトピットまたはタールシープとも呼ばれ、大規模なアスファルト堆積物です。これらは、地下で腐敗した有機物が圧力を受けると生成される石油の存在下で形成されます。この原油が亀裂、導管、または多孔質の堆積岩層を通って上方に染み出すと、地表に溜まることがあります。^{[ 1 ]}原油の軽い成分は大気中に蒸発し、黒くて粘着性のあるアスファルトが残ります。^{[ 1 ]}タールピットは、大量の化石が含まれているため、しばしば発掘されます。^{[ 1 ]}

タールピットは油田の上に形成され、これらの堆積物は背斜トラップでよく見られます。実際、地球上で発見された石油の約80パーセントは背斜トラップで発見されています。^{[ 2 ]}背斜とは、地層の褶曲で、褶曲の各半分が頂部から傾斜しているものです。このような構造は通常、衝上断層の上、または地殻が曲がったり褶曲したりしている構造地域で発達します。凹下褶曲（アーチ）の上の構造が頁岩などの非多孔質岩または難透水層である場合、それは背斜トラップとみなされます。^{[ 2 ]}油田の上にある上層の地層に断層や亀裂がある場合、油は地表に移動する可能性があります。これは毛細管現象と、油が水よりも密度が低いことによって可能です。^{[ 3 ]}

タールピットはアスファルトの溜まりです。しかし、形成初期には必ずしも粘着性や密度が高いわけではありません。これらの溜まりは、地表下で発生した原油で構成されています。原油は、ヘテロ原子化合物、炭化水素、金属、無機化合物の混合物です。^{[ 4 ]}ヘテロ原子化合物は、炭素や水素以外の元素を含む有機分子であり、炭化水素は炭素と水素のみを含みます。^{[ 4 ]}原油は、軽質炭化水素の割合が高いため、アスファルトよりも粘度が低くなります。 ^{[ 5 ]}軽質炭化水素には、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどのアルカンが含まれます。^{[ 6 ]}これらの分子は分子量が非常に小さいです。原油には、 _CO2、_H2S、N2 _、 O2_などの無機不純物も含まれる場合があります。^{[ 6 ]}表面では、これらの軽い分子が原油から蒸発し、より重く粘着性のある分子が残ります。アスファルト、またはビチューメンは通常、50 個以上の炭素原子を持つ炭化水素分子鎖を含んでいます。^{[ 5 ]}炭化水素鎖が長くなるほど、粘度が高くなり、沸点が高くなります。^{[ 5 ]}  

蒸発はタールピットの形成において重要なプロセスです。地表の軽質原油貯留層は、わずか数日で初期体積の最大75%まで減少し、結果としてアスファルトが形成されます。中質原油の場合、体積は40%減少する可能性があります。^{[ 7 ]}原油は化学組成によって蒸発の仕方が異なります。^{[ 4 ]}ビチューメンサンプルの平均組成は、重量比で炭素80.2%、水素7.5%、酸素7.6%、窒素1.7%、硫黄3.0%です。^{[ 2 ]}

タールピットは、多くの化石が見られることで特徴づけられます。これは、厚くて粘着性のあるアスファルトが動物を閉じ込めるためです。^{[ 15 ]}  動物がタールに足を踏み入れると、アスファルトが十分に温かく粘着性があれば、すぐに動けなくなり沈み始めます。これらの無力な動物を見た捕食者は、次の獲物を捕まえようとタールピットに進んでいきます。その結果、発掘プロジェクトでは、捕食者の下から獲物が見つかることがよくあります。^{[ 15 ]}

動物の骨や硬い部分は、死後すぐに埋没するため、良好な状態で保存されます。地表の下では、硬い部分はアスファルトに覆われ、雨、風、雪といった風化作用を加速させる可能性のある気候変動から保護されます。また、アスファルトには酸素と水がほとんど含まれていないため、好気性菌類や細菌といった主要な分解生物は存在しません。

ラ・ブレア・タールピットでは、1906年以来100万個以上の骨が回収されている。231種の脊椎動物、234種の無脊椎動物、159種の植物が確認されている。^{[ 9 ]}ラ・ブレア・タールピットで最も頻繁に発見される大型哺乳類は、更新世に生息していた最も有名な先史時代の肉食動物の1つであるダイアウルフである。^{[ 16 ]}サーベルタイガーやコヨーテの化石も豊富に見つかっている。^{[ 9 ]}継続的な発掘プロジェクトにより、さらに多くの化石が絶えず発見されている。^{[ 9 ]}

ラ・ブレア・タールピットの約2万8000年前の天然アスファルトのサンプルから生命が発見された。^{[ 17 ]}水や空気がほとんどない、あるいは全くない環境でも繁殖できる数百種の細菌が新たに発見された。これらの細菌は、炭化水素やその他の石油製品を分解できる特殊な酵素を持っている。 ^{[ 17 ]}これらの天然アスファルトピットの細菌の起源は不明だが、数千年前にアスファルトの漏出を生き延びた既存の土壌微生物から進化したと考えられている。土壌微生物は、過酷な新しい環境に耐えるために適応し、遺伝的変化を遂げる必要があり、それが最終的に新しい細菌種を生み出した。^{[ 17 ]}

ある研究では、ラ・ブレア・タールピットで発見された主要な細菌は、クロマティアレス目ガンマプロテオバクテリア綱に属するもので、より簡単に言えば 紫色硫黄細菌である。^{[ 17 ]}紫色硫黄細菌は還元剤として水を使用しないため、呼吸中に酸素は生成されない。代わりに、還元剤として硫化物の形で硫黄を使用する。タールピットで発見された他の細菌は、ルブロバクター科に属する。これらの細菌は、地球上で最も放射線耐性のある生物の一つとして知られている。^{[ 17 ]}  

トリニダード・トバゴにある別のアスファルト採掘場であるピッチ湖も、古細菌と細菌の微生物群集の生息地となっている。湖から採取されたマイクロリットルサイズの水滴には、ブルクホルデリア目と腸内細菌目に属する細菌微生物が生息していることが発見されている。 ^{[ 18 ]}ピッチ湖のバイオマスは、アスファルト1グラムあたり最大10⁷個の細胞に達すると報告されている。^{[ 19 ]これら}の微生物の多くは、硫黄、鉄、メタン、またはその他の炭化水素上で生存している。^{[ 19 ]}ピッチ湖は土星最大の衛星タイタンの表面の環境を模倣しているため、現在も研究が続けられている。ピッチ湖で極限環境微生物が発見されたことで、タイタンに存在する炭化水素湖における微生物生命の可能性についての洞察が得られた。^{[ 19 ]}

タールピットは、地表での原油の分留によって形成されます。原油の軽い炭化水素、すなわちメタン（CH ₄）、エタン（C ₂ H ₆）、プロパン（C ₃ H ₈）は蒸発し、アスファルトの化学組成を構成するより大きな炭化水素が残ります。メタン、エタン、プロパンは主要な温室効果ガスまたは光化学汚染物質であるため、これは懸念事項です。^{[ 20 ]}ラ・ブレア・タールピットは、1日あたり約500kgのメタンを放出しています。^{[ 20 ]}排出量は、地表下の堆積物からタールピットに原油を供給する導管である6thストリート断層沿いで最も高くなっています。^{[ 20 ]}また、近くの土壌からメタンが蒸発し、自生する草の生理機能に影響を与えていることも判明しました。ラ・ブレア・タールピットは、米国で測定された陸上の漏出帯の中で最も高い天然ガス流量を記録している。^{[ 20 ]} 世界規模では、堆積岩中のガス漏出による地質学的CH4_とC2H6_の排出量の推定値は、それぞれ50～70 Tg/年と2～4 Tg/年である。これらの値は、人為的な化石燃料燃焼による世界のCH4とC2H6の排出量（約100～150 Tg CH4/年と6～8 Tg C2H6/年）のほぼ半分である_。[ 20 ]これら_の炭化_水素の排出は、_タールピット_内の石油^の生分解とメタン生成に起因する可能性がある。^{[ 20 ]}   

大気中の温室効果ガスをモデル化する際には、メタンやその他の炭化水素の自然な地質学的起源を考慮する必要があります。大気中の炭化水素のすべての発生源が人為的な排出によるものではありません。^{[ 20 ]}

都市部や工業地帯における炭化水素の漏出は、炭化水素の爆発性のため地質学的危険をもたらす。1985年3月24日、ラ・ブレア・タールピットから北へわずか1マイルほどのロサンゼルスにあるロス衣料品店の床スラブと基礎壁の間の小さな開口部からメタンガスの塊が噴出した。このメタンガスの塊が爆発を起こし、21人が負傷した。^{[ 21 ]}この出来事により、この地域におけるメタンガスの塊や炭化水素の漏出の潜在的な危険性に対する認識が高まった。^{[ 21 ]}

タールピットは優れた保存剤であり、アスファルトに倒れた木の炭素同位体データを提供する能力も持っています。先史時代の木の炭素同位体データを調べると、古大気中のさまざまな量の二酸化炭素に対する植物の反応に関する情報が明らかになります。^{[ 22 ]}最終氷期のジュニペルスの木のサンプルがラ・ブレア・タールピットから回収され、氷河期の木と現代の木の間で細胞間および大気中の_CO2の比率が似ていることが明らかになりました。最終氷期の二酸化炭素の量は 180 ～ 200 ppm (現在 409.8 ppm) であったため、^{[ 23 ]}光合成に利用できる炭素が少なくなっていました。ジュニペルスの木は、炭素が制限された条件下で生き残るために_{CO2 の}吸収を高める必要がありました。この時期には、炭素消費を増やすために、木の気孔コンダクタンスと葉緑体の_CO2要求が高くなっていたと考えられます。^{[ 22 ]}次の間氷期に入ると、気温の上昇と大気中の CO ₂濃度の上昇により、ジュニペルス属の樹木の気孔コンダクタンスと葉緑体の CO ₂要求量が減少した。このような変動する炭素レベルへの反応は、植物において時間とともに見られる。例えば、低 CO _{2環境で生育する現代の}C3 植物では、気孔コンダクタンスの増加が観察されている。^{[ 22 ]}また、最終氷期の湿潤な気候により、植物への窒素利用可能性が増加し、その結果、葉中の窒素濃度が増加したという仮説もある。この変化により、ジュニペルス属の樹木の光合成能力が増加した可能性がある。 ^{[ 22 ]}

コロンブス以前の時代の女性、ラ・ブレア・ウーマンの遺体が、1914年にラ・ブレア・タールピットから発見された。頭蓋骨と骨格の一部のみが保存されており、約9000年前に死亡したと判断された。^{[ 24 ]}彼女は死亡時18～24歳で、身長は4フィート8～10インチだった。^{[ 24 ]}これは、タールピット内で発見された唯一の人間の遺体として報告されている事例である。^{[ 25 ]}

何千年もの間、ネイティブアメリカンはラ・ブレア・タールピットのタールを接着剤や結合剤として使用していました。^{[ 1 ]}彼らはそれを防水コーキングとしてボートやかごの内側に使用していました。ヨーロッパ人がタールピットに到着すると、彼らはタールを採掘し、近くの町の屋根材として抽出し始めました。^{[ 1 ]}