歴史的地質学とは：地球の地質史・地層と年代測定の基礎解説
歴史的地質学が解き明かす地球の45億年史：地層・年代測定の基礎、絶滅・資源・災害対策までわかりやすく解説
歴史的地質学は、地球の過去を明らかにするために地質学の原理と現場・実験的な技術を組み合わせて用いる学問です。地表や地下にある岩石を観察して、それらがどのように堆積・変成・変形してきたか、どのような環境で形成されたかを復元します。
主な手法と原理
歴史的地質学では、次のような手法が基本になります。まず、層の並びと特徴から時間の順序を決める層序学（序学）と、化石を用いて過去の生物と環境を読み取る古生物学を組み合わせます。層序学では、地層の重なり方（上下関係）、堆積構造、不整合（侵食面）などを見て、出来事の順序を決定します。古生物学では化石の出現・消失や種の変化（生層序）を使って層の対比（相関）を行います。
また、化学組成や同位体比を使う化学的手法（ケモストラティグラフィー）、古地磁気を利用する磁気層序、地層中の微量元素や堆積環境指標を用いる方法など、層序を補強する多様な手段があります。これらを総合して、過去の地球環境や出来事の連続を復元します。
相対年代と絶対年代（年代測定）
地質学者はまず相対年代を決め、出来事の順序を確定します。やがて放射性崩壊の研究との発見により、岩石や鉱物の含有する放射性同位体を使うラジオメトリック年代測定が可能になり、地層や火成岩の絶対年代を求められるようになりました。これにより、地層に刻まれた出来事に年単位の目盛りが与えられ、地球史の時間軸を数値的に組み立てられます。
地質時間スケールと重要な境界
地球の歴史の大きな枠組みは、地質時間スケールとしてまとめられています。例えば、地球は約45億6,700万年（45億6,700万年）といった非常に長い歴史を持ち、地質学や古生物学の知見に基づき、時代（代、紀、世）に区分されています。これらの境界は、多くの場合、大量絶滅などの地質学的または古生物学的な大きな変化によって示されます。たとえば、白亜紀と古第三紀の境界は、白亜紀-第三紀の絶滅イベントによって定義され、ここで多くの恐竜と多くの海洋種の大量消失が確認されます。
実地調査とデータの統合
フィールドワークでは、露頭（地表に現れた地層）で層序を記録し、試料（岩石、化石、堆積物）を採取して顕微鏡観察、同位体測定、化学分析を行います。ボーリングコアや地震反射法などの地下データも用いて、局所的な観察を広域的な地質図・地層柱状図へと統合します。こうして得られた時間・環境の変化は、気候変動、海面変動、プレート運動などと結びつけて解釈されます。
応用と社会的意義
- エネルギーや貴重な鉱物の探査は、地質学的履歴を理解することに大きく依存します。堆積盆地の形成史や熱履歴、誘導的な堆積相が石油・天然ガスや鉱床の位置を決めます。は、その地域の地質史を把握することで有望な探査地点を絞れます。
- 過去の地震活動や断層の履歴を研究することで、地震リスクの評価が可能になり、都市計画や耐震設計に役立ちます。また火山活動の歴史を調べることで、火山の危険性を軽減するの対策に貢献します。
- 長期の気候変動や生物多様性の変化を理解することで、現在の環境変化の背景を提供し、将来の気候・生態系予測のための基礎データを与えます。
歴史的地質学は、過去に何が起きたかを科学的に再構築することで、資源の有効利用、災害対策、環境保全、そして地球生命史の理解に不可欠な知識を提供します。現場調査と最新の分析技術を組み合わせることで、地球の深い時間に刻まれた記録を読み解き続けています。
地質の時間スケールを示す図。
専門用語
時間の最大の単位は、イオーンからなるスーパーセオーンである。イオーンは大紀元に分けられ、大紀元は周期、エポック、段階に分けられます。同時に、古生物学者は、そこで発見された動物の化石の種類に基づいて、長さの異なる動物のステージのシステムを定義しています。多くの場合、このような動物化石の段階が地質学的な命名法を構築する際に採用されていますが、一般的には、地質学的に定義された時間単位よりもはるかに多くの動物化石の段階が認識されています。地質学者は、「上ジュラ紀」や「中カンブリア紀」のように、時代や単位を上・後期、下・前期、中期に分けて語る傾向があります。Upper, Middle, Lowerは"Upper Jurassic sandstone"のように岩石そのものに適用される用語で、Late, Middle, Earlyは"Early Jurassic deposition"や"Early Jurassic ageの化石"のように時間に適用される用語です。形容詞は、その細分化が正式に認識されている場合には大文字で、そうでない場合には小文字で表記される。
同じ時期に発生した地質学的な単位であっても、世界のさまざまな地域で発生したものは、しばしば異なった形をしており、異なる化石を含んでいることがあるため、同じ時代が歴史的に異なる地域で異なる名前を付けられている例はたくさんあります。例えば、北アメリカでは、下層カンブリア紀はワウコバン・シリーズと呼ばれ、三葉虫に基づいてゾーンに細分化されています。同じ期間は、東アジアとシベリアでは、トモティア紀、アッダバニア紀、ボトミア紀に分けられています。国際層序委員会の作業の重要な側面は、この相反する用語を調整し、世界中で使用できる普遍的な地平線（時間分割）を定義することです。
地質時間の表
以下の表は、地質学的時間スケールを構成する期間の主な出来事と特徴をまとめたものです。上記のように、この時間スケールは、国際層序委員会に基づいています。各表の項目の高さは、各細分化された時間の期間に対応していない。(縮尺には表示されていない)
| 地質時間 | ||||||
| 期間/年齢4,5歳 | 主なイベント | 開始時期 | ||||
| 完新世 | 11,700 | |||||
| 2.588万円 | ||||||
| 新第三紀 | 鮮新世 | 気候はさらに冷え込み、オーストラロピテクス類のホミニンは進化する | 5.33億3千3百万円 | |||
| 地球にはたくさんの森があり、動物は繁栄しているが、後に冷え始める | 2303万円 | |||||
| 古第三紀 | 漸新世 | 大陸は現在の場所に移動する | 3,390万円 | |||
| インドがアジアに進出し、ヒマラヤ山脈が形成される。 | 五千六百万 | |||||
| 六千六百万 | ||||||
| 一億五千万 | ||||||
| 一億四千五百万円 | ||||||
| じょうだいジュラ紀 | 1億6,350万円 | |||||
| 1億7,410万円 | ||||||
| 二億一千三百万 | ||||||
| 237百万円 | ||||||
| 中生代三畳紀 | 2億4,720万 | |||||
| 2億5,217万円 | ||||||
| ペルム紀 | P/Tr絶滅イベント - 95%の種が絶滅する。超大陸パンゲアが形成される。 | 2億9,890万円 | ||||
| 3億2320万円 | ||||||
| ミシシッピアン | 原始的な大木 | 3億5,890万円 | ||||
| 4,920万円 | ||||||
| シルリアン | 第一陸地の植物化石 | 443.4百万円 | ||||
| 無脊椎動物が支配的 | 485.4百万円 | |||||
| 541百万円 | ||||||
| 新生代2 | 初の多細胞動物 | 6.35億円 | ||||
| クライオジェニアン | 可能性のある雪だるま式地球時代 | 7億2千万円 | ||||
| トニアン | 一億 | |||||
| 中新世 | ステニア | 超大陸ロディニアが形成する | 12億円 | |||
| エクタシアン | 初の性生殖生物 | 14億円 | ||||
| カレンジアン | コロンビアの超大陸が解散 | 1兆6,000億円 | ||||
| 鍾乳石族 | コロンビアの形成はこの間に起こる | 18億円 | ||||
| オロシリアン | 初の複雑な単細胞生物 | 20.5億円 | ||||
| リヤシアン | CO2が酸素に置き換わったことで、この時期のヒューロン紀の氷河期が始まる。 | 23億円 | ||||
| シデリアン | 超大陸ケノーランドの崩壊が起こる | 2.5億円 | ||||
| 新考古学 | 超大陸ケノーランドが形成する | 28億円 | ||||
| 中古生物 | 超大陸ウルはこの時代から | 32億円 | ||||
| 古考古学 | 36億円 | |||||
| 第一超大陸ヴァールバラはこの時代に存在した | 四億 | |||||
| 45.4億円（～4.6億円 | ||||||
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質問と回答
Q:地質学的時間スケールとは何ですか?
A: 地質年代測定法とは、地表や地下の岩石を変化させるプロセスを見て、地球の過去を整理し理解する方法です。地質学の原理と技術を使って、地球の地質学的な歴史を解明します。
Q:地質学者は層序学と古生物学をどのように使うのですか?
A:地質学者は、地層学と古生物学を使って、地球の過去に起こった出来事の順序や、異なる時代にどのような植物や動物が生息していたかを調べます。これらの情報をもとに、岩石層の順番を決定します。
Q:地球は何歳?
A:地球は約45億6700万年前です。
Q:時間軸の境界は、通常、何によって示される?
A:時間軸の境界は、通常、大量絶滅のような地質学的、古生物学的に大きな出来事によって示される。例えば、ある種の生物が絶滅したことが、2つの時代の境目となることがある。
Q:地史の知識は何に役立つのでしょうか?
A:地史の知識は、エネルギー源や貴重な鉱物の探査、地震や火山などの危険の軽減に役立ちます。
Q:地層の年代を知るきっかけになったのは?
A: 放射性物質の発見と放射性年代測定法の発明により、地球上のさまざまな場所で見られる地層を年代測定する方法ができました。
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