ペンシルバニア紀とは｜炭素紀上層の年代・地層・石炭層と生物相を解説

ペンシルバニア紀は、北アメリカの地層の中の上層炭素紀で、ミシシッピ紀の後、ペルミ紀の前に位置する時代区分です。国際的な年代では、ペンシルバニア紀はおおむね約3億2320万年前から約2億9890万年前（323.2–298.9 Ma）に相当します。北米の区分では、ミシシッピ紀の上位にあたり、ミシシッピ紀の後（上）で、ペルミ紀の前に位置します。

年代と地質の特徴

ペンシルバニア紀は、地層学的に典型的な砂岩、頁岩、石灰岩、そして厚い石炭層（コールシーケンス）を含むことで知られます。海面の上昇・下降や気候変動に伴って繰り返し堆積環境が入れ替わり、いわゆるサイクロセーム（cyclothem）と呼ばれる層序が広く発達しました。これらは礫岩や砂岩→泥岩→石灰岩／石炭といった繰り返しの堆積パターンを示します。

石炭層（コールベッド）の形成と分布

石炭層は、その名の由来となった炭素層であり、密生した熱帯湿地帯の森林によって形成された泥炭の残骸が堆積・埋没して変成したものです。これらの森林は赤道付近に広がり、低地の湿地帯は西の北米から現在のヨーロッパを経て東の中国に至る広域に展開しました。湿地の中心となった川原は、カナダ東部からウクライナまで5000kmに及び、幅は最大で数百〜700kmにも達したと推定されます。

こうした沼沢林では植物の繁茂と遺骸の蓄積が著しく、酸素の乏しい水底で分解が抑えられた結果、厚い泥炭層が形成されました。後の埋没・圧密・熱作用により泥炭は石炭へと変化しました。ペンシルバニア紀は石炭生成が最も活発だった時期の一つであり、これが「石炭紀（Coal Age）」と呼ばれる所以でもあります。

気候と環境

この時代は全体として温暖で湿潤な赤道帯が広がっていましたが、ゴンドワナ大陸（南半球）での氷床発達と融解があったため、全球的には海面変動と気候の短期変動（氷期・間氷期）が繰り返されました。これらの変動がサイクロセームの形成や沿岸域の反復的な湿地化・陸化を促したと考えられています。

動植物相（生物相）の特徴

陸上では、湿地林を主体とする豊かな植物相が広がり、代表的な植物にはレピドデンドロンのような巨大なスギゴケ類や、クラブモスであったグループ、シダ（楔形シダや木生シダ）、カラマイト（Calamites）やコルダイテス（Cordaites）などがありました。これらは高い一次生産を支え、厚い泥炭堆積をもたらしました。

動物相では、両生類が湿地環境を中心に多様化し、大型化したものが多数出現しました。また、初期の爬虫類（陸棲への適応を進める系統）や巨大な昆虫（例：メガネウラに代表される大型トンボ類）、節足動物（アースロプレウラなどの巨大多足類）も知られています。海洋では豊富な有孔虫、二枚貝、腕足類、三葉虫の減少傾向の中で新たなグループが繁栄しました。

人間への影響と現代的意義

ペンシルバニア紀に形成された石炭層は、産業革命以降の燃料や化学原料として重要な資源となりました。古地理学・古生態学の研究においても、当時の層序や化石は気候変動や生物進化、堆積過程を理解する上で不可欠です。また、石炭層に伴う鉱床や炭層ガスは現在でも経済的・環境的に注目されています。

まとめ

• ペンシルバニア紀は炭素紀の上位区分で、約3億2320万〜約2億9890万年前にあたる。
• 厚い石炭層（コールベッド）が広域に形成され、赤道帯の湿地林がその主因となった。
• サイクロセームや海面変動、氷期-間氷期の影響が堆積環境を特徴づける。
• 両生類や初期爬虫類、巨大昆虫などの陸上動物が多様化した時期であり、現代の石炭資源の起源にも直結する。

質問と回答

Q:ペンシルバニアとは何ですか?

Q:ミシシッピ紀の後、ペルム紀の前に来るのはどんな時代ですか?

Q: ペンシルベニア紀はいつ始まり、いつ終わるのですか?

Q: 石炭層とは何ですか?

Q: 石炭層はいつごろできたのですか?

Q: ペンシルベニア紀の湿地帯はどこにあったのですか?

Q:石炭紀の特徴的な脊椎動物や植物は何ですか?

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