地球温暖化の古代の時代は、私たちの焼けつくような未来を暗示しているかもしれない

かつて、ワニが北極近くの雑草に覆われた沼地を滑るように歩いていた時代がありました。約 5,500 万年前、つまりT レックスとその同族のほとんどが絶滅した大量絶滅からわずか 1,000 万年後には、地球の平均気温は現在よりも 20°F 以上高くなっていました。亜熱帯の森林が北半球の高緯度に広がり、哺乳類は緑豊かな新しい生息地で繁栄しました。

蒸し暑い気候は恐竜絶滅の原因とは何の関係もなかった。気候変動の原動力は地上からではなく、地球の海から来たものだった。古生物学者や地質学者は、恐竜の大量死後の時代である暁新世に起こったある程度の自然の温暖化により、大量の結晶化したメタンの堆積物がガスに変化したのではないかと推測している。海底から余分なものが水と大気中に噴出したが、これは地球にとって悪い知らせだった。メタンは二酸化炭素よりもはるかに強力な温室効果ガスである。地球はそれに応じて急速に温暖化し、2万年足らずで約10°F上昇し、さらに約7万年の間安定した後、長くゆっくりとした回復期に入った。

古生物学者はこのホットスポットを暁新世-始新世温暖極大期（PETM）と呼んでいます。この時期は、大気と海洋が乱れたおかげで亜熱帯林が大陸に広がり、新しい動物たちが地球上での地位を確立した時期です。この部分の化石記録は過去の名残ですが、私たちの未来を予感させるものでもあるかもしれません。

飢えた昆虫

PETM は昆虫にとって良い時期でした。温暖化により乾燥した熱帯林が北方へと広がり、古代ワイオミング州は現代のテキサスに似た様相を呈しました。昆虫の多くは外温性であるため (昆虫の体温と生理的欲求は生息地の気候に左右されます)、このスパイクにより、多数の小さな生き物が流入する道が開かれました。

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その証拠は、その時代の岩石から見つかった化石の葉にあります。PETMの前、最中、後の5,000以上の植物の石化した破片のサンプルは、虫による被害の量と多様性の増加を示しています。ワイオミング州ビッグホーン盆地でのある研究では、PETMの化石の葉の半分以上が虫によって被害を受けており、その前や後よりも20％増加していました。虫は植物の端をかじり、穴を開け、変化しつつある森林をかじってその表面に小さな道を作りました。食べ物がもっと良ければ、さらに多くの生き物が繁栄していた可能性があります。二酸化炭素濃度の高い場所で育った植物は栄養価が低い傾向があり、この温室効果ガスはPETM中に豊富でした。

現代の害虫の中には暑さに苦しむものもいる。プエルトリコでは、安定した気温に慣れた昆虫が苦戦して食物連鎖を危険にさらしている。一方で、蚊やダニなどの害虫は新たな生息地へと移動している。2019年のある研究では、2080年までに世界中で蚊媒介疾患に感染する人の数が10億人近く増加する可能性があると推定されている。

海洋絶滅

ある意味で、海は大きなベルトコンベアのようなものです。通常、南半球では冷たい空気と塩分を含んだ水が混ざり合って、密度が高く冷たい「深層水」が形成され、これが海流を維持します。しかし、PETM の気候はより高温だったため、北極ではより多くの雨が降り、海流が弱まり、海流が変化しました。5,000 年も経たないうちに、北大西洋では冷たい空気と塩分を含んだ海が混ざり合うようになりました。流れの変化によって海はさらに温まりました。気温の上昇により、地元の生き物の代謝が促進され、その結果、食物の需要も高まりました。しかし、水温が上昇すると酸素も少なくなるため、PETM の条件が海洋生物を困難な状況に追い込んだことは容易に想像できます。動物は生きていくためにより多くの食物を必要とし、酸素不足により環境はより過酷になり、栄養素が不足し続けました。

気候の影響は10万年続き、一部の生物は変化についていけなかった。化石記録に豊富に残っていることから進化と絶滅を研究する古生物学者のお気に入りの深海に生息する、いわゆる「装甲アメーバ」（別名、底生有孔虫）は、大量死に見舞われた。種の35％以上が絶滅し、過去9000万年間で唯一の重大な危機となった。有孔虫は長い間、多くの小さな海洋生物の主食であったため、古生物学者はその不在が大きな影響を及ぼしたと考えている。

急速な進化

新しい種は常に進化しており、同時に他の種は絶滅している。古生物学者は、新しい種が古い種に取って代わる速度をターンオーバーと呼んでいる。暁新世の海洋の残骸から発見された化石は、少なくとも進化論の観点から言えば、PETM の間に表面近くでこのプロセスが猛スピードで起こったことを示唆している。

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海岸近くの浅瀬では、既存の種類の巻貝や二枚貝が死滅したが、砂をふるいにかけたり藻類を食べたりする同じ生態学的役割を担う類似の軟体動物にすぐに取って代わられた。他の変化はもっと劇的だった。モンガラカワハギやフグは大量絶滅し、これらの遊泳動物が失われた多様性を取り戻すのに十分な新種を進化させるのに2000万年近くかかった。赤道近くでは、現在生きているサンゴに似たサンゴが後退し、数百万年後に海がようやく冷えるまで、より大きな有孔虫と呼ばれる円盤状の生物がサンゴ礁の造成生物としてその地位を占めた。

縮小する哺乳類

6600万年前、小惑星がすべての非鳥類恐竜を壊滅させる前、地球上で最大の毛皮動物は約11ポンド、つまりアメリカアナグマほどの大きさでした。それから100万年弱後、大量絶滅によって新たな生態学的地位が一掃され、最大の動物はジャーマンシェパードほどの大きさになりました。動物は世界中の温暖な森林で増殖し、草食動物、肉食動物、雑食動物の新しい形態に多様化しました。その後、PETMの熱により、一部の動物は小さくなり始めました。

生物学者は、これと同じ現象を現在生きている哺乳類にも見ている。例えば、寒冷な気候のヘラジカは、南方の同胞よりも80ポンドほど重いことが多い。体格が大きいほど、体内の熱を保持する能力が高い。つまり、体表面積のうち、風雨にさらされる割合が全体の質量に比べて小さいということは、生物がゆっくりと熱を失うということだ。しかし暑い時期には、暖かく過ごすことよりも、余分な熱を放出することの方が重要になる。これは、より小型の生物の方が表面積と質量の比率が大きいため、より容易だ。例えば、シフリップス・サンドラエとして知られる初期のウマは、PETMの間にほぼ3分の1に縮小し、カンティウス・アブディトゥスと呼ばれる初期の霊長類は、PETMの中頃から終わりにかけて、約10パーセント小型化した。

奇妙な新しい雨

極地の湿地林は、PETM 中に気温が急上昇したときに自然に発生したわけではない。結局のところ、植物には水分補給が必要であり、世界の降雨サイクルの変化が亜熱帯の樹冠の増殖に不可欠な助けとなった。

地球の気象パターンの多く、つまり空気と水が海や空を循環する方法は、暑い赤道と寒い両極の気温差によって影響を受けています。PETM 以前は、地球の中央付近で蒸発した_H2Oが雨雲を形成し、熱帯と両極の緯度の両方に水を降らせていました。しかし、温暖化による気流の変化により、赤道の水分の多くが極地まで移動してから下に戻ってきました。これは、古代の北極に巨大なピーカンとヒノキの木が生育し、キツネザルのような霊長類がよじ登る場所を提供した理由の 1 つです。

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しかし、雨はどこかから降らなければなりません。世界の一部地域での雨の急増は、乾燥地域でさらに多くの水分が蒸発によって失われたことを意味しています。現代の気候変動も同様の影響をもたらす可能性があります。冬の雨量増加により、北西ヨーロッパではすでに被害をもたらす洪水の頻度が増加しています。一方、米国南西部は、今よりもさらに乾燥する見込みです。研究によると、今世紀末までにこの地域の土壌は現在よりも 10 ～ 20 パーセント乾燥し、干ばつのリスクが少なくとも 20 パーセント増加します。

危険地帯

PETM が始まった頃には、すでに海は高温でした。たとえば、温暖化の波が来る前の古代大西洋の赤道温度は 92°F で、現在よりも 10°F 近く高かったです。PETM によって、その温度は 98°F 以上に上昇し、現代の赤道大西洋の平均温度より 16°F 以上高くなりました。海はすぐに熱ストレスを受けました。表面の水が高温になったため、深海は冷却源を失いました。冷たい水は酸素を保持するのに優れているため、深海では O2 レベルが急激に低下しました。地球温暖化による二酸化炭素の流入も、海の酸性度の急激な増加を引き起こしました。

このような息苦しい海域で生き残れる生物はほとんどいない。PETM の化石堆積物から、古生物学者は、赤道のほぼ 100°F の表層水で、毒素をにじませて「赤潮」と呼ばれる致命的な藻類の大量発生を引き起こす可能性のある微小生物である渦鞭毛藻が繁殖していたことを発見した。これらの大量発生は海から酸素を奪うため、非常に危険なのだ。現代の海域も同様の状況に直面している。メキシコ湾やバルト海の複数の場所を含む世界中で数百のいわゆるデッドゾーンが記録されており、PETM まで時計の針を戻す危険がある。

この記事はもともと、PopSci 2021年夏号 Heat に掲載されたものです。PopSci+ のその他の記事を読む。