第8章惑星としての地球Earth as a Planet

The impact that produced Meteor Crater would have been dramatic indeed to any humans who witnessed it (from a safe distance) since the energy release was equivalent to a 10-megaton nuclear bomb. But such explosions are devastating only in their local areas; they have no global consequences. Much larger (and rarer) impacts, however, can disturb the ecological balance of the entire planet and thus influence the course of evolution.

メテオクレーターを作った衝突は、安全な距離から目撃した人間にとって、実に劇的なものだっただろう。放出エネルギーは、10メガトンの核爆弾に相当したからである。しかし、そのような爆発による破壊は局地的で、地球全体への影響はない。もっと大きく、もっとまれな衝突は、惑星全体の生態系の釣り合いを乱し、進化の道筋にまで影響しうる。

The best-documented large impact took place 66 million years ago, at the end of what is now called the Cretaceous period of geological history. This time in the history of life on Earth was marked by a mass extinction, in which more than half of the species on our planet died out. There are a dozen or more mass extinctions in the geological record, but this particular event has always intrigued paleontologists because it marks the end of the dinosaur age. For tens of millions of years these great creatures had flourished and dominated. Then, they suddenly disappeared (along with many other species), and thereafter mammals began the development and diversification that ultimately led to all of us.

最も詳しい証拠がある大衝突は、6600万年前、現在の地質時代区分で白亜紀と呼ばれる時代の終わりに起きた。地球の生命史におけるこの時代は、地球上の種の半分以上が死に絶える、大量絶滅で特徴づけられる。地質記録には12回以上の大量絶滅があるが、この出来事は、恐竜時代の終わりを印すため、古生物学者の関心を強く引いてきた。何千万年もの間、これらの巨大な生き物は栄え、優勢だった。その後、ほかの多くの種とともに突然姿を消し、それ以降、哺乳類が発達と多様化を始め、最終的に私たちへとつながった。

The object that collided with Earth at the end of the Cretaceous period struck a shallow sea in what is now the Yucatán peninsula of Mexico. Its mass must have been more than a trillion tons, determined from study of a worldwide layer of sediment deposited from the dust cloud that enveloped the planet after its impact. First identified in 1979, this sediment layer is rich in the rare metal iridium and other elements that are relatively abundant in asteroids and comets, but exceedingly rare in Earth’s crust. Even though it was diluted by the material that the explosion excavated from the surface of Earth, this cosmic component can still be identified. In addition, this layer of sediment contains many minerals characteristic of the temperatures and pressures of a gigantic explosion.

白亜紀末に地球へ衝突した天体は、現在メキシコのユカタン半島がある場所の浅い海に落ちた。質量は1兆トンを超えていたに違いない。これは、衝突後に地球を包んだ塵の雲から堆積した、世界中に広がる堆積物の層を調べて求めた値である。1979年に初めて特定されたこの堆積層には、希少金属のイリジウムや、ほかにも、小惑星や彗星には比較的多いが地殻には極めてまれな元素が、豊富に含まれる。爆発で地表から掘り出された物質によって薄められているものの、宇宙から来た成分は今も特定できる。さらに、この堆積層には、巨大な爆発の温度と圧力を特徴づける鉱物が、多数含まれている。

The impact that led to the extinction of dinosaurs released energy equivalent to 5 billion Hiroshima-size nuclear bombs and excavated a crater 200 kilometers across and deep enough to penetrate through Earth’s crust. This large crater, named Chicxulub for a small town near its center, has subsequently been buried in sediment, but its outlines can still be identified (Figure 8.22). The explosion that created the Chicxulub crater lifted about 100 trillion tons of dust into the atmosphere. We can determine this amount by measuring the thickness of the sediment layer that formed when this dust settled to the surface.

恐竜の絶滅につながった衝突は、広島型核爆弾50億発分に相当するエネルギーを放出し、直径200 km、地殻を貫くほど深いクレーターを掘り出した。この大きなクレーターは、中心近くの小さな町にちなんでチクシュルーブと名付けられた。その後、堆積物に埋もれたが、輪郭は今も特定できる（図8.22）。チクシュルーブ・クレーターを作った爆発は、約100兆トンの塵を大気中へ巻き上げた。その量は、塵が地表に降り積もってできた堆積層の厚さを測ることで求められる。

Such a quantity of airborne material would have blocked sunlight completely, plunging Earth into a period of cold and darkness that lasted several months. Many plants dependent on sunlight would have died, leaving plant-eating animals without a food supply. Other worldwide effects included large-scale fires (started by the hot, flying debris from the explosion) that destroyed much of the planet’s forests and grasslands, and a long period in which rainwater around the globe was acidic. It was these environmental effects, rather than the explosion itself, that were responsible for the mass extinction, including the demise of the dinosaurs.

これほど大量の物質が空中に浮かぶと、太陽光は完全に遮られ、地球は数か月続く寒冷と暗闇の時期へ陥っただろう。太陽光に依存する多くの植物が枯れ、植物を食べる動物は食料を失ったはずである。ほかにも世界規模の影響として、爆発から飛んだ高温の破片による大火災が、森林や草原の多くを破壊した。また、世界中で雨水が酸性になる期間が長く続いた。恐竜の死滅を含む大量絶滅を引き起こしたのは、爆発そのものではなく、こうした環境への影響だった。

It is becoming clear that many—perhaps most—mass extinctions in Earth’s long history resulted from a variety of other causes, but in the case of the dinosaur killer, the cosmic impact certainly played a critical role and may have been the “final straw” in a series of climatic disturbances that resulted in the “great dying.”

地球の長い歴史の中の大量絶滅の多く、おそらく大半は、さまざまな別の原因から生じたことが、次第に明らかになっている。しかし、恐竜を絶滅させた出来事では、宇宙からの衝突は確かに重要な役割を果たした。「大いなる死」をもたらした一連の気候の乱れの中で、最後の決め手となったのかもしれない。

A catastrophe for one group of living things, however, may create opportunities for another group. Following each mass extinction, there is a sudden evolutionary burst as new species develop to fill the ecological niches opened by the event. Sixty-five million years ago, our ancestors, the mammals, began to thrive when so many other species died out. We are the lucky beneficiaries of this process.

しかし、ある生物群にとっての大惨事は、別の生物群には機会を作るかもしれない。大量絶滅のたびに、その出来事によって空いた生態的地位を埋めるように新たな種が発達し、急激な進化の広がりが起きる。6500万年前、多くのほかの種が絶滅したとき、私たちの祖先である哺乳類は栄え始めた。私たちは、この過程で利益を受けた、幸運な存在なのだ。

Impacts by comets and asteroids represent some of the mechanisms we know of that could cause truly global catastrophes and seriously influence the evolution of life all over the planet. As paleontologist Stephen Jay Gould of Harvard noted, such a perspective changes fundamentally our view of biological evolution. The central issues for the survival of a species must now include more than just its success in competing with other species and adapting to slowly changing environments, as envisioned by Darwin’s idea of natural selection. Also required is an ability to survive random global catastrophes due to impacts.

彗星や小惑星の衝突は、本当に地球全体に及ぶ大惨事を起こし、惑星全体の生命の進化に深刻な影響を与えうる、私たちが知る仕組みの一つである。ハーバード大学の古生物学者スティーヴン・ジェイ・グールドが指摘したように、この見方は生物進化の捉え方を根本から変える。種が生き残るための中心的な問題には、ダーウィンの自然選択の考えが描いた、ほかの種との競争に勝ち、ゆっくり変わる環境へ適応することだけでは足りない。衝突によって偶然起きる世界規模の大惨事を、生き延びる能力も必要なのである。

Still earlier in its history, Earth was subject to even larger impacts from the leftover debris of planet formation. We know that the Moon was struck repeatedly by objects larger than 100 kilometers in diameter—1000 times more massive than the object that wiped out most terrestrial life 65 million years ago. Earth must have experienced similar large impacts during its first 700 million years of existence. Some of them were probably violent enough to strip the planet of most its atmosphere and to boil away its oceans. Such events would sterilize the planet, destroying any life that had begun. Life may have formed and been wiped out several times before our own microbial ancestors took hold sometime about 4 billion years ago.

地球は、さらに初期の歴史には、惑星形成から残った残骸による、もっと大きな衝突を受けた。月には直径100 kmを超える天体が繰り返し衝突したことがわかっている。6500万年前に地球の生命の大半を一掃した天体より、1000倍も質量が大きい。地球も、最初の7億年間には同じような大衝突を経験したに違いない。その中には、大気の大半をはぎ取り、海をすべて沸騰させるほど激しいものもあっただろう。そのような出来事は、すでに始まっていた生命をすべて壊し、地球を無生物の状態にしてしまう。約40億年前のある時点で、私たちの微生物の祖先が根付く前に、生命は何度も生まれては一掃されたのかもしれない。

The fact that the oldest surviving microbes on Earth are thermophiles (adapted to very high temperatures) can also be explained by such large impacts. An impact that was just a bit too small to sterilize the planet would still have destroyed anything that lived in what we consider “normal” environments, and only the creatures adapted to high temperatures would survive. Thus, the oldest surviving terrestrial lifeforms are probably the remnants of a sort of evolutionary bottleneck caused by repeated large impacts early in the planet’s history.

地球で最も古くから生き残る微生物が、非常に高い温度に適応した好熱菌であることも、このような大衝突で説明できる。地球の生命を完全に一掃するには、ほんの少し小さかった衝突でも、私たちが「普通」と考える環境の生物はすべて壊し、高温に適応した生物だけを生き残らせただろう。したがって、地球で最も古くから残る生命の形は、おそらく、初期の大衝突の繰り返しで生じた、一種の進化的なボトルネックの生き残りなのである。