スノーボールアース（全球凍結）とは：原生代の原因・証拠・反論を解説

原生代のスノーボールアース（全球凍結）を原因・地質証拠・反論を交えてわかりやすく解説。議論の争点と最新研究を図解で一挙紹介。

スノーボールアースやアイスハウスアースは、地表がほぼ全面的に凍結していた時代を指す。スノーボールアース（またはスラッシュボールアース）の出現についてはまだ議論の余地があるが、原生代のある時期に広範な氷河化が起こった可能性が高いことが分かってきた。しかし、その氷河がどの程度広がっていたのかについては、まだ議論の余地がある。推進派は、この理論によって熱帯緯度の氷河由来の堆積物や、地質学的記録の他の謎めいた特徴を説明できると主張している。反対派は、地質学的証拠から同じ推論をすることはできず、氷や泥に覆われた海洋の物理的な実現性を疑っている。

概説と時期

スノーボールアースは、地球表面の大部分が海氷や陸氷で覆われた極端な寒冷期を指します。特に注目されるのは原生代（約10億〜5.4億年前）の後半に起きたとされる一連の大規模氷期で、代表的なものに以下があります。

• ストゥルティアン氷期（Sturtian、約72億〜66億年前相当とされるが研究により年代は約717〜660 Maとする報告が多い）
• マリノアン氷期（Marinoan、約65億〜63.5億年前 = 約650〜635 Ma）

（注：年代は論者・測定法により若干の差があるため、およその範囲で示しています。）また、地球史の別の時代（例：古原生代のハロニアン氷期など）にも大規模な氷期が提案されています。

主要な原因（メカニズム）

• 氷—アルベド正フィードバック：氷が広がると太陽放射の反射率（アルベド）が上がり、さらに冷却が進んで氷が拡大するという正のフィードバックが働きます。これにより、ある閾値を超えると急速に全球凍結へ向かう可能性があります。
• 大気中CO2の減少（長期的な炭酸塩風化の増加）：大陸の配置や気候変化で化学風化が強まり、大気中のCO2が減ると温室効果が弱まり地球が冷える。これが氷拡大の引き金になったとする説があります。
• 火山活動によるCO2供給と脱氷：全球凍結に達すると陸上での風化がほぼ停止するため、大気中CO2は長期火山活動によりゆっくり蓄積します。十分に高いCO2濃度に達すると温室効果で急速に融解し、急激な温暖化と堆積学的に特徴的な「キャップ炭酸塩（cap carbonate）」の形成をもたらすとされます。
• メタンや酸素の影響：メタンの減少や酸化状態の変化も気候に影響を与えうる要因として議論されています。

主な地質学的・化学的証拠

• 低緯度での氷河堆積物：地質学的に氷河起源と判断されるダイミクタイト（tillite）やドロップストーンなどが、古い岩石の中で当時の低緯度と推定される場所から報告されています。これが「熱帯で氷河が存在した」ことを示す重要な手掛かりです（低緯度の判断は古地磁気学に基づく）。
• キャップ炭酸塩（cap carbonates）：氷期直後に急速に堆積したとされる厚い炭酸塩層は、急速な融解と海洋の化学環境の劇的な変化を示唆します。これらはスノーボール仮説の重要な支持材料とされてきました。
• 炭素同位体の大きな陰性シフト：δ13Cの急激な変動は炭素循環の大規模な攪乱を示し、氷期→脱氷での有機炭素埋没や海洋化学の変化と整合します。
• 酸化鉄鉱床（Banded Iron Formations, BIF）や海洋の酸化状態の復活：一部の場所では酸素化や赤鉄鉱の再沈殿が見られ、海洋酸化状態の変化が示されます。

生物学的・生態学的影響

• 全球凍結が実際に起きていた場合、光合成生物や栄養連鎖の維持は難しくなるため、生命は氷の下や海氷の割れ目（polynyas）・海底熱水域・薄氷の下などの難所（refugia）で生き残ったと考えられています。
• 一方で、スノーボール期の後に見られる複雑生物（真核生物の多様化やカンブリア爆発に先立つ生物学的変化）を説明する材料として、この極端な環境変動が進化的駆動力になったとする見方もあります。

反論と批判的視点

• 証拠の解釈の問題：ダイミクタイトやドロップストーンが必ずしも全球的氷床を示すわけではなく、局所的な氷河活動や海底地形・潮流・氷山輸送など他のプロセスで説明できる場合がある、という主張があります。
• 古地磁気データの不確かさ：古地磁気に基づく古緯度推定は、後代の再焼成（再磁化）や鉱物の置換などで影響を受けることがあり、低緯度での氷河堆積という結論に疑問を投げかけます。
• 海氷で覆われた海洋の物理的実現性：全面氷覆いが長期にわたり安定するか、またその下での海洋循環やガス交換がどの程度維持できるかについてはモデル間で見解が分かれます。厚い氷で完全に覆われると氷の下に生物が生き残るのが難しくなるとする批判もあります。
• スラッシュボール（部分凍結）モデル：全面凍結ではなく、赤道付近に開けた海域が残る「スラッシュボール」モデルは、生物の生き残りや地質記録の一部をより容易に説明できるとして支持者がいます。
• 脱氷の速さとキャップ炭酸塩の形成：キャップ炭酸塩が示す「急激で広範な堆積」はスノーボール仮説と整合的だが、同様の特徴が他のプロセスでも生じうるという指摘もあります。

数値モデルと現代の検証

地球規模の気候モデル（GCM）を用いた研究は、スノーボール状態に入る条件やそこからの脱出機構を調べる手段として重要です。一般に：

• 初期条件（大陸配置、大気成分、太陽定数）により、全面凍結に到達するかどうかが決まる。
• 一度全面凍結に達すると、火山起源のCO2蓄積が脱氷に必要で、数百万年規模の時間がかかるという結果が多い。
• スラッシュボール状態（赤道付近に開口海域が残る）は、生命存続や一部の地質記録を説明する上で現実的な代替案とされ、モデルによってはこちらを支持するものもある。

まとめ（現在の合意と未解決事項）

• 原生代後期に起きた大規模な氷期（ストゥルティアン、マリノアンなど）は、地質学的・同位体的な複数の証拠に支えられており、少なくとも「極めて寒冷な時期があった」ことについては広い合意があります。
• しかし「真のスノーボール（海面が全面的に凍結した状態）だったか」「一部開口部を残すスラッシュボールだったか」「あるいは局所的・断続的な極寒だったか」については、証拠の解釈や数値モデルの結果により意見が分かれています。
• 今後の課題は、より精緻な古地磁気解析、堆積相・地球化学指標の高精度な年代付け、そして海洋—大気—氷床の相互作用を組み込んだ気候モデルの改善により、どのシナリオが最も総合的に説明力を持つかを明らかにすることです。

参考に、スノーボール仮説は地球史の気候・生命進化を考える上で極めて重要な問題であり、地質学・古地磁気学・気候モデリング・生物学の統合的研究が続けられています。

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