Rigaku Life

研究室に行ってみた!

サンゴの化石が物語る、昔の環境、地球の変化

【English article follows Japanese. Please scroll down.】

 Humblet先生は、学部生の頃、ベルギーのLiègeにある大学で地質学を専攻していました。その時出会った先生が、古生代中頃のデボン紀(約3億8千年前)にサンゴ礁などから形成された炭酸塩岩の研究をしており、この分野に踏み入りました。Humblet先生は、ベルギーの田園地帯にある、独特の小さな山のような形を持つ古生代のサンゴ礁や、大理石をはじめとする炭酸塩岩からできた灰色、ピンク色、赤色など色とりどりの建物の壁を見て興味を持ち、サンゴ礁や炭酸塩堆積学の勉強を始めたそうです。その中でも特に、古生代など昔の時代だけではなく、より新しい時代のサンゴ礁を学びたいと思うようになり、現在に至ります。現在、どのようにサンゴ礁が誕生し、成長し、そして成長を終えるのか、そしてどのような環境要因が関係しているのかということを研究のテーマの一つとして進めています。

名古屋大学 大学院環境学研究科 地球惑星科学系
Dr. Marc Humblet
WEBサイト:https://www.eps.nagoya-u.ac.jp/chishitsu/marc/Webpage1_Intro.html

Walloniaという地域には、サンゴ礁の炭酸塩岩からできた伝統的な家で有名な町がたくさんあるそうです。中でもRanceという町には “Rance marble”(ランス大理石)という名前がついた美しい炭酸塩岩もあるとか!

 

 サンゴ礁の調査方法の一つに、ボーリング調査があります。先端にドリルがついた細長い筒で掘り進めると、コアと呼ばれる棒状の試料が採れます。この調査では、陸地の地層や海底よりさらに下の地層の情報を入手できます。コアの断面を使用することで、サンゴ礁が成長しはじめてから成長を終える瞬間まで、過去のサンゴ礁の成長を細かくたどることができます。

 先生の研究目標の一つは、サンゴ礁の成長とサンゴなどの形成生物に環境変化が与える影響を理解することです。このために、サンゴの種類を判別し、サンゴの進化を辿らなければいけません。しかし、下の写真のように化石化してしまっており、種類の判別が難しいことが一目瞭然です。先生は、「To know the species, you need to see the surface of the coral. With living corals, it's easy to see the surface, but when they are fossilized, the surface is often obscured.(種類の判別には表面の観察が必要。生きているサンゴでは簡単でも、化石化してコアとなった試料は表面が不明瞭なことが多い。)」と難しさを語ります。

ボーリングコアの写真。サンゴの成長速度は様々。1年間に約1mmとゆっくり成長する種類もあれば、1年間に数cmと速い種類もあるそうです。

 

 サンゴ礁の成長は、海水面の高さに強く影響を受けます。サンゴは日光を必要とするため、比較的浅い水域に生息しています。種類の分布も深度と関係しており、深い海に生息するサンゴと、浅い海に生息するサンゴでは種類が異なります。そのため、試料から種類の判定を行うことで、過去の海水面を復元することができます。この海水面の情報を過去の出来事と照らし合わせることで様々なことがわかり、将来の海水面変動の予測につなげることも可能になるそうです。例えば、オーストラリア東部の水没化した化石サンゴ礁の研究では、グレートバリアリーフ(オーストラリア大陸北東岸のサンゴ礁地帯)の海面変動の歴史を明らかにしました。過去12.5万年前の最後の間氷期以来、5回もの死滅が確認され、その原因として、海水面の変動、堆積物の流入など様々な要因がこの死滅につながったことがわかってきました。

 また、サンゴは炭酸カルシウムの骨格を持ち、他の動植物などと比べて化石として保存されやすいという性質を持ちます。そのため、サンゴ礁の年代や、炭酸カルシウムの骨の化学分析に基づいて海面温度などさまざまな環境条件に関する情報を得ることができます。

 日本はサンゴが生息する最北端域であり、研究上とても興味深い場所だと先生は話します。日本での研究から、地球温暖化の影響がわかってきました。サンゴが生息できる冬期の最低平均温度は約18度だと言われていますが、日本のサンゴの生息域が北上していることも観察されているそうです。また、琉球諸島では、化石化したサンゴが多く観察され、百年以上前から研究が行われてきました。しかし、過去の環境変化と長期的なサンゴ礁の成長やサンゴの関係に関する研究は多くありません。現在より約120mも海水面が低かった最終氷期に生息していた琉球諸島のサンゴは、いったいどのような特徴を持っているでしょうか。琉球諸島の他にも、静岡県などで中新世の化石の研究も計画されているそうです。中新世は、約2,300万年前から500万年前という比較的古い時代で、現在より少し暖かかく、サンゴの分布範囲が北方に拡大しました。この時代に、サンゴ礁やサンゴに何が起きたのか気になりますよね。

 日本以外でも先生は、ハワイで、数千年前という比較的新しい時代に形成されたreef terracesと呼ばれる、環境の急変によってできる段丘状の水没化したサンゴ礁の研究も進めています。身近なサンゴが環境と密接に関わり合い生息してきたこと、そしてその情報から将来の地球環境のモデルを予測できることをとても興味深く思うとともに、新しいサンゴ、昔のサンゴの研究から今後どんなことが明らかになるのか楽しみに思います!

(文・大久保結実)

 

【English article】

As an undergraduate, Dr. Humblet was a student in geology at the University of Liège, Belgium. He was intrigued by the ancient reefs of the Paleozoic Era which form hills in the Belgian countryside, and whose colorful gray, pink, and red limestones adorn the walls of many traditional buildings. He became interested in coral reefs in general, not only those formed during the Paleozoic Era, but also their more recent counterparts. One of his current research topics is understanding how coral reefs begin to grow, how they develop over time, and which environmental factors control their growth and composition and can lead to their demise.

Marc Humblet, M.Sc., D.Sc.
Department of Earth and Planetary Sciences
Graduate School of Environmental Studies
Nagoya UniversityNagoya University

WEB: https://www.eps.nagoya-u.ac.jp/chishitsu/marc/Webpage1_Intro.html

Professor Humblet told me that there are many villages in Wallonia where the houses are made of reef limestone. One famous village is called Rance. There is a limestone called “Rance marble”.

 

To study fossil coral reefs, one can observe outcrops of reef limestones exposed on land or obtain cores by drilling. Drilling is carried out with a long, thin rotating cylinder with a drill bit at one extremity that can bore a hole into the ground and recover a rod-shaped sample called a borehole core. This survey method provides information on the strata below the ground on land or below the seafloor in the ocean. With core sections we can trace reef growth in detail, from its initiation phase to its final demise.

An important goal of fossil reef studies is to understand the impact of environmental change on reef growth and reef-building organisms, particularly corals. For this purpose, we have to identify the type of corals contained in fossil reef limestones. However, as you can see in the photo below, it is obvious that it is difficult to identify the species of corals which have become fossilized. The teacher says, "To know the species, you need to see the surface of the coral. With living corals, it's easy to see the surface, but when they are fossilized, the surface is often obscured”.

Photo of a boring core. Corals grow at different rates: some species grow as slowly as about 1 mm per year, while others grow as fast as several centimeters per year.

 

Coral reef growth is strongly influenced by sea-level change because corals need sunlight and therefore live in relatively shallow waters. The distribution of coral species on a reef is also a function of depth. Corals living in deeper waters differ from those living in shallower waters. Therefore, corals are good sea-level indicators, and fossil corals can be used to reconstruct sea-level history. For example, a study of submerged fossil reefs in eastern Australia was used to reconstruct the history of the Great Barrier Reef (a coral reef area on the northeast coast of the Australian continent) and of sea-level over the past 30,000 years. This study has revealed that the Great Barrier Reef has died five times since the last interglacial period 125,000 years ago. Environmental factors such as sea-level change and the influx of sediments are believed to have been key factors contributing to reef demise.

In addition, corals have a skeleton made of calcium carbonate, which, compared to other plants and animals, has a high preservation potential in the fossil record. This makes it possible to determine the age of corals and also to extract various information about past environmental conditions, such as sea surface temperature, based on geochemical analyses of coral skeletons.

Japan is the northernmost area where corals live and is a very interesting place to study, he said. Research in Japan has revealed the effects of global warming. It is said that the minimum average winter temperature at which corals can live is about 18 degrees Celsius, and it has been observed that the coral habitat in Japan is expanding northward. In addition, many fossilized corals have been observed in the Ryukyu Islands and have been studied for over a hundred years. However, there are not many studies on the relationship between past environmental changes and the long-term evolution of coral reefs and corals in the Ryukyu Islands. For example, there is very little known about corals reefs and corals of the Ryukyu Islands which were living during the last glacial period when sea level was approximately 120 m lower than today. Another fascinating question is what happened to coral reefs and corals during the Miocene period (approximately 23 to 5 million years ago) when the climate was slightly warmer than today. There is evidence that the range of coral species expanded further north during that period, for example in Shizuoka Prefecture where fossil corals of Miocene age can be found.

Outside of Japan, he is also studying submerged fossil reef terraces in Hawaii, which were formed thousands of years ago, and which are terraces formed by sudden changes in the environment. It is very interesting to know that familiar corals have been living in close relationship with the environment and that we can develop models to predict the future of the global environment based on this information!

(author - YUMI Okubo)

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