The Isthmus of Panama: Out of the Deep Earth

コロンビア大学ラモント・ドハーティ地球観測所の地球化学者コーネリア・クラスと、バージニア工科大学のラモント非常勤研究員エステバン・ガゼルは、この自然の建設現場で働く最も神秘的な力のひとつ、ガラパゴス・プルームについて調べています。プルームとは、地球深部から長く続く高温の上昇流のことで、地表付近で融解し、海中や海洋の島々に火山の列を形成してきた。 ハワイやイエローストーンの地下にあるマグマのホットスポットと同じように、地球のマントルから数十マイル下にあるこのプルームは、今も活動を続けている。 このプルームは、約1億年前に現在のカリブ海の地下で溶岩が大量に噴出したことに始まると考えられているが、主に上空の構造プレートの動きによって、その後太平洋をはるかに南から西に移動し、約600マイル離れたガラパゴス諸島の地下で現在活発に活動している場所まで移動してきた。 ガゼルとクラスは、この地質学的な物語と、陸橋を作る役割を解明しようとしている。 通常、このような岩石は地表のはるか下に埋まっているか、海底深くに横たわっている。

Lamont-Doherty Earth Observatory の地球化学者 Cornelia Class は、小川の床から採取したサンプルを処理しています。

2012年秋、Class と Gazel は、太平洋に突き出たパナマの Azuero 半島でプルームによって生じた岩を探しました。 同じ岩石が存在する隣接するコスタリカで育ったガゼル氏は、この地域を専門に研究している。 メルトフラクションの化学的性質を論じるのも、8ポンドのハンマーを肩に担いで歩き回り、砕けそうな岩石を探し回るのも、彼の得意とするところである。 ドイツ出身の地球化学者であるクラスは、マントル化学の専門家で、東アフリカ、南極大陸、大西洋の海底の岩石を研究してきた。 「人々はしばしば、星がどのように形成されたかというような、はるか彼方のことを理解しようとします」とクラスは言う。 「実は、もっと身近なところに目を向けるべきなのです。 ここでは、私たちの下にあるものを理解しようとしているのです。 2438>

アズエロ半島のほとんど人が住んでいない西部は、地質学者にとって厳しい場所です。 断崖絶壁の丘は厚い赤土と湿度の高い森林や牧草地に覆われ、小川の底や海岸沿いなど、激しい浸食で植物や土が削り取られた場所を除いて、岩はほとんど見られません。 そのため、内陸部での作業は、ぬかるんだ道や小川を渡ったり、雨季には毎日午後から降り続く大雨で足止めを食らったりしなければならない。 海岸沿いには、海食崖、岬、離れ小島、瓦礫の山など、危険な海に直接突き出た場所が最高の調査地となる。 ガゼルとクラスは、地元の漁師を雇い、ボートを走らせながらぎりぎりまで近づいていく。 そして、スレッジハンマーなどの道具を持って海に飛び込み、波間を泳いで取りに行く。 運が良ければ小さな浜辺に着水できるが、そうでない場合は、波が岩にぶつからないように注意しなければならない。 サンプルを取り出したら、今度は道具と岩で重くなったボートに戻ってくる。 幸運にも、ガゼルとクラスは泳ぎが得意で、この海域に出没するサメやワニはいないようです。

地層を調査するために小舟から岸まで泳いだバージニア工科大学の遠征隊長エステバン・ガゼル。 (Photo by Cornelia Class)

パナマのこの地域の岩石は、地峡の複雑な歴史を表すメランジュである。 風化の進んだ外見からは、どの岩石がどのようなものかを見分けることは困難です。 ガゼルとクラスは、岩を割ってみることで、目的のものを見つけたかどうかを判断することができる。 これはピクライトと呼ばれる火成岩で、マントルから上がってきたマグマが結晶化したものだ。 海底に多く、地表の岩石にはないマントル由来の典型的な鉱物であるカンラン石の黄緑色の結晶がきらきらと輝いている。 ガゼルと大学院生のヤレク・トレラは、まるで囚人のように丸い岩の山を突き進みながら、端が割れるまでソリを振り続ける。 運がよければ、その中に結晶が見つかる。

地質学者は、ガラパゴスのプルームが1億年以上前に、現在の中央アメリカの下で活動を開始したと考えています。 そのため、このプルームから噴出する溶岩は、ランドブリッジの初期バージョンを形成するのに役立っています。 また、地殻変動プレートも互いに押し合い、海底の一部を水面から押し出していた。 そして、ある時点で、海が沼地に変わり、群島になり、やがて乾いた陸地になった。 アメリカ大陸が誕生したのである。 かつて一方の大陸か他方の大陸に孤立していた生物は、移動することができるようになり、行ったり来たりして混じり合うようになった。 その証拠に、今日、ユタ州とアルゼンチンという遠く離れた場所で、関連する恐竜や、初期のミミズ、ヘビ、哺乳類の進化系統を示す化石を見ることができる。 しかし、この最初の陸橋は、地殻変動が続いていたため、約5000万年前か6500万年前までには壊れてしまったと考えられている。 (後者の年代は、メキシコ沖に落ちた巨大隕石が恐竜を絶滅させた時期とほぼ一致していますが、それがこの崩壊と何らかの関係があったのかどうかは不明です）

ハンマーで割ってその特徴を見せ、石の化学的性質は後に研究室で分析して、形成条件を確立する予定です。

約1500万年から6500万年前、ガラパゴスのプルームは太平洋に西向きに移動し、火山島や海底火山の列が形成されていました。 同時に、その上にある太平洋構造プレートは東へ後退していた。 プレートの移動に伴い、プルーム由来の火山の残骸が中米まで運ばれてきた。 ここで、太平洋プレートは、現在のカリブ海から移動してきた別のプレートとゆっくりと衝突していた。 その結果、2つ目の陸橋が形成されたのです。 太平洋プレートに乗っていたプルーム由来の島々や海山が、カップケーキの上のさくらんぼのように、発展途上の陸塊に貼り付けられたのである。 半島の多くの丘や海食崖を形成しているのは、これらの移動火山が今になって崩れ落ちた跡である。 プルームは、遠く離れたガラパゴス諸島（パナマではなくエクアドルの一部）の下でも噴火を続けている。 その正確な形と現在の噴火のダイナミズムは、まだ謎のままです。

ラモント-ドハーティとバージニア工科大学の研究室に戻り、パナマのピクリットの化学分析を行うと、岩石の形成時期、温度、その他の条件を明らかにすることができます。 研究者らは、地峡の形成過程だけでなく、地球深部のプロセスにも光を当てることができると期待している。 ガゼルと他の研究者たちは、ガラパゴス噴煙の研究をしばらく続けている。 恐竜時代以降、プルームのマグマは200℃ほど冷却され、噴火の規模や速度も低下していることがわかった。 このことは、「マントル・プルームは人間と同じで、年をとって死ぬのかもしれない」とガゼール教授は言う。

雨の後、ガゼルとクラスは森の小川に露出した岩を調べます。

現在の陸橋について、ガゼルは、それが、おそらく1500万年前に、一連の沼、海峡、島として初期のもののように始まり、発作的にできたという現在の説を支持します。 800万年前までは、海山が海底から隆起し、陸地の塊にぶつかっていた。 パナマとコスタリカをアメリカ大陸のヒンジポイントにしたのは、最終的に地峡を完全に閉じたのはこれらの山々であると彼は考えている。 「これらの山がなければ、ランドブリッジは存在しなかったのです」と、彼は言う。 しかし、ガゼルはそれよりも数百万年早く起こった可能性があると考えている。 これには異論があり、他の研究者による最近の研究では、1300万年から1500万年前とされています。

正確な順序や時期がどうであれ、化石は、別々のアメリカ大陸で何千万年も孤立して進化してきた生物が、再び北から南へと流れ、進化し始めたことを示しています。 南下するバク、ペッカリー、ゾウのようなゴンフォテレス、北上する巨大なナマケモノ、メガテリウムなどであり、身長が29フィートにもなるものもいた。 陸橋が埋まるにつれて、移住者の小水は洪水となった。 そして数百万年前、いわゆる「アメリカ大陸生物学的交流」が起こり、その頂点に達した。 南米から上方に向かって、現在の北アメリカのアルマジロ、ヤマアラシ、オポッサムの祖先や、今はもう絶滅してしまった高さ3メートルの飛べない捕食鳥などが、さまざまな時期に流れ込んできた。 北アメリカからは、シカ、マストドン、ラクダ、アライグマ、ネコ、イヌ、そしてあらゆる種類のげっ歯類が下りてきた。 なぜか、北からの侵入は南からの侵入よりはるかに成功した。

このあたりでは、岩は例外で、湿度の高い牧草地や森林、農民を惹きつける厚い赤土に覆われています。 この未舗装のトラックの終わりに、サンプリングされる別の小川床がありました。

地峡は大陸を統合しましたが、海を分割しました。 大西洋と太平洋が分離すると、浅くて暖かいカリブ海側の軟体動物などの海洋生物は、寒くて深い太平洋側の軟体動物と全く異なる進化の道を歩むことになりました。 また、海水の循環も全く変わってしまった。分離前は大西洋から太平洋へ、東から西へ流れていた海水が遮断されたのだ。 その結果、大西洋に永久に続く巨大な迂回路、メキシコ湾流が生まれ、熱帯から北極の端まで暖かい海水を押し上げるようになった。 この暖流のおかげで、北ヨーロッパは習慣的に温暖な気候となっている。 また、暖かくなると蒸発量が増えるので、北半球の降水量も雪という形で増えているのだろう。 地球の公転周期の様々な時期に、これが氷河として蓄積され、北半球を過去数百万年にわたる一連の大氷河期に追いやったのである。 太平洋側では気象パターンも変化し、両大陸の西海岸に沿った深海が絶えず湧出し、東側の海面が交互に暖かくなったり冷たくなったりするエルニーニョ現象が周期的に支配的になった。 エルニーニョは現在、アジアと南北アメリカの大部分で、直接または間接的に数十年のスケールで降雨、ひいては農業を動かしています」

「岩石、私たちの研究分野、それはとても狭いです」とガゼル氏は言います。 「しかし、それはまた、地球の生物学と気候について多くのことを理解するのに役立ちます」

1914年に開通したパナマ運河は現在、地峡を人工的に2等分しています。 パナマ運河の開削は、初期の地質学者にとっては喜ばしいことでしたが、科学のフロンティアは移ってしまったようです。 他の場所でも、陸橋は生まれては消えていきました。 現在アラスカとシベリアを隔てるベーリング海峡は、氷河期が地球の水の多くを氷に閉じ込め、海面を下げたとき、周期的にベーリング陸橋となったものである。 この海峡は、おそらく人類や他の生物がアメリカ大陸に入るためのルートだったのだろう。 海面が下がっていた時代には、イギリスとヨーロッパ大陸、スリランカとインド、インドネシアやオーストラリアの一部とアジアを結ぶ、今はなき橋があった。 エジプトのシナイ半島は現在アフリカとユーラシアを結んでいるが、昔はそうではなかった。これらの大陸はかつて分かれていたし、いつかまたそうなるかもしれない。 1500年代初頭にスペイン人がやってきたとき、彼らはすぐにこの地を2つの大きな海の間の狭い場所としてとらえ、アメリカ大陸西部を侵略する足がかりとしました。 1524年には早くも運河の話が持ち上がったが、実現には至らなかった。 1849年のカリフォルニアのゴールドストライクの後、地峡を横断する鉄道が洪水のような移民を西に運んだ。 1880年代にはフランスが運河を建設しようとしたが、マラリアや地滑りによって中断された。 1914年、アメリカ合衆国の支配下に入り、全長45マイルのパナマ運河が完成した。 パナマ運河は地質学者にとって好都合で、彼らは発掘によって露出した岩石からこの地域の歴史に関する多くの独自の洞察を得ました。 現在、さらに大きな運河が建設中であり、研究者たちは再びそこに向かおうとしています。 しかし、今のところ、ガゼルとクラスは、より荒涼とした人里離れたアズエロ半島を好んでいる。 “岩を読もう “というのが、ここに来る基本なんです」とガゼルは言う。 「また、自然を楽しむこともできます。 このように文明から離れられる場所は、もうそれほど多くありません」

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