太平洋のガラス張りのソロモン海に太陽が沈む中、ギヨーム・イワンコウは潜水具を着用し、研究用スクーナータラ号から降ります。 モーター付きのディンギーに。彼の目標は、その生涯の数十年を記録するサンゴのコロニーの腕の長さのサンプルであるコアを取り戻すことです.
ディンギーがタラを出てから約 10 分後 、そのモーターが遅くなります。ここはとても浅いので、サンゴ礁の魚が水面からわずか数インチのところまで飛び出します。タラ探検隊財団の科学ダイビング マスターである Iwankow は、Porites lobata の最大かつ最も手付かずの例を探してサンゴを調べています。 — ゴジラの頭蓋の中身のように見えるほど大きくなることが多い、丸い黄緑色のサンゴ種。サンゴのコロニーは、ポリプと呼ばれる軟体動物で構成されており、ポリプは (共生藻類の助けを借りて) ミネラル炭酸カルシウムの薄い層を分泌します。時間が経つにつれて、これらの年層はサンゴの骨格を構成する硬い塊に積み重なっていきます。
彼が理想的なPoritesを見つけたら 、イワンコウは、幅 3 インチの円形の刃をサンゴの表面に押し込みます。刃が骸骨に沈み込むとかすかなうなり音がし、周囲の水にサンゴの塵の雲がうねります。すべてのサンゴ層を貫通した後、Iwankow はコアラーのバレルをこのように叩き、次にそれをタップして、カットしたサンプルのベースを取り除きます。これは通常、約 1 フィート半の長さです。彼はそのプロセスを同じ穴からさらに 2 回繰り返し、次に泳いで戻り、コア サンプルの長さ (全体で約 4 フィート) をディンギーに置きます。 Porites の表面のみ 地層には生きたポリプが含まれているため、掘削後、サンゴの層は無傷で途切れることなく浅瀬で成長し続けるはずです。
このような海洋科学調査では、海水からサンゴ礁の魚、サンゴの微生物まで、あらゆる種類の生物学的サンプルが収集されます。しかし、サンゴのコアは他のコアとは異なります。それらは有機的なタイム カプセルであり、数百年または数千年さかのぼる地域の汚染、地質、温度、サンゴ礁の健康状態の記録が含まれています。研究者がサンゴの骨格からこの種の情報を抽出するために利用できる驚くべき方法を改良するにつれて、海の過去を調べたい気候学者、地球化学者、古生物学者へのアドバイスはますます次のようになっています。オーストラリア海洋科学研究所の気候学者でサンゴコアの専門家であるジャニス・ラフ氏は、「私はそれらをサンゴ礁の自然史の本と呼んでいます」と語った。 「彼らには語るべき物語がたくさんあります。」
海の歴史を掘り下げる
法医学捜査のように、サンゴのコアリングは、過去の出来事に関する理論に詳細と信頼性を追加する、またはそれらが実際に起こったことを証明するための信頼できる方法になりました. 1970 年代までは、サンゴが年輪を形成していることさえ誰も確信していなかったことを忘れがちです。その時、ハワイ大学の地球物理学者のチームが南太平洋のエニウェトク環礁を訪れました。
エニウェトク島は気取らない島で、珍しい歴史があります。米国は 1940 年代と 50 年代にさまざまな時期に核爆弾の実験を行いました。ハワイの研究者たちは、エニウエタク近くのサンゴの骨格がこの放射能の証拠を示すかどうかに興味を持っていました。サンゴのコア層に既知の半減期を持つ放射性元素が含まれている場合、各年輪がいつ作られたかをほぼ正確に計算することができます。 「彼らは大規模なコロニーのスライスを取り、それを [光] に敏感な紙の上に置いて暗室で 1 か月間放置したところ、一連の放射性バンドが見られました」と Lough 氏は述べています。紙の帯の間隔は、サンゴの隠れた構造内に発見すべきことがもっとあるかもしれないことを示唆しており、さらなるテストが必要であることを示唆しています. 「彼らは地元の医者に連絡を取り、『私たちのサンゴのスライスをレントゲン撮影してくれませんか?』と言いました。」
サンゴのスライスを X 線スキャナーに入れると、サンゴの骨格を構成する炭酸カルシウムの密度を反映して、特徴的な一連の明暗の年輪が見えるようになりました。骨格内の放射性元素の年代測定により、毎年 2 組の環が形成されていることが明らかになりました。 1972 年の 科学 論文では、研究者はコアを「サンゴのクロノメーター」と呼んでおり、自然の時計としての有用性をほのめかしています。その後、他の科学者は、サンゴは気温がより穏やかな雨季には大きな年輪を作り、条件がより極端な乾季には小さな年輪を産むと報告しています.
サンゴの種は年間 0.3 ～ 10 センチメートル成長しますが、一般的な経験則では、たとえば 100 センチメートルの長さのコア サンプルは、そのサンゴの歴史の約 100 年の記録を提供します。多くの場合、最新の 100 年ですが、常にそうとは限りません。化石化したサンゴには、10 万年以上前の最後の間氷期までさかのぼる一連の年輪が含まれている可能性があります。 X 線スキャンは、現在でもサンゴの年輪の相対密度を評価するために使用されています。これは、年輪が作成されたときの気候条件を反映しています。しかし、海洋科学者は、他のサンゴコア特性の重要性を発見するために着実に取り組んできました.
サンゴの探偵が発見しているコア内の最も豊富なデータの保存の 1 つは、海水中の微量元素の年ごとの記録です。サンゴのポリプは、骨格を構築するために必要なミネラルを抽出するために海水を取り込むため、各炭酸塩層には、層が作成されたときに水中にあったものはすべて微量含まれています.クイーンズランド大学の古生物学者であるグレゴリー・ウェッブ氏は、サンゴの年輪は「骨格の複雑な内部形状のために、木の年輪ほどきれいでタイトではありませんが、成長した水の化学的性質を記録しています」と述べています。
したがって、サンゴのコア組成のテストにより、科学者はある年から次の海域のさまざまな化合物のレベルをグラフ化できます。これにより、サンゴとはほとんど関係がないと思われる惑星のプロセスについての洞察が得られる可能性があります。中国の広西キー研究所の海洋科学者は最近、海の各層におけるランタンやセリウムなどの希土類元素のレベルを測定することにより、過去 150 年間の東アジアの冬季モンスーンの強さを推測しました。 サンゴのコア。これらの希土類元素は、冬の嵐の間に堆積した塵の渦に由来するため、元素の蔓延は嵐の強さの信頼できる尺度です.
同様に、サンゴコアのテストは、以前に発見されたものよりもはるかに詳細な、人間が引き起こした汚染の歴史的証拠を明らかにしています. Lough と彼女の同僚は、グレート バリア リーフから最新のコアをサンプリングし、工業生産で発生することが多い鉛やカドミウムなどの有毒金属のレベルについて成長層をテストしています。開発者は、港を建設し、堆積物をサンゴ礁に投棄し、彼らの介入は海に影響を与えないと主張するかもしれませんが、Lough が指摘したように、「サンゴのコアは、環境がどのように変化しているかを公平に観察しています。」
サンゴコアはまた、公式の測定が行われる前の数年間の海洋温度の唯一の信頼できる記録のいくつかを提供します.水温が低いと、サンゴはストロンチウム元素をより多く使用して、骨格を構築するために使用する炭酸カルシウムを補います.サンゴのコアの各層のカルシウムとストロンチウムの比率を計算することで、研究者はその層が作られたときの海水温を知ることができます。
エクアドルのガラパゴス諸島周辺の熱帯太平洋海域のサンゴ コアにこの手法を使用して、アリゾナ大学の地球科学者グロリア ヒメネスと同僚は最近、1940 年から 2010 年までの水温変化の詳細な記録をまとめました。ガラパゴスの海洋温暖化は、深部からの冷たい流れが入ってくるために制限されていたことを示しているように見えました.しかし、ヒメネスのサンゴコアデータは別の話をしていました.1970年代後半以降、この地域の水域は実際に温暖化しており、暖かいエルニーニョ海流が通過した1980年代初頭に急激に上昇しました.この着実な温暖化傾向は、ガラパゴス周辺のサンゴ礁がこれまで考えられていたよりも危険にさらされている可能性があることを意味します.
ヒメネスが研究している現代のサンゴの形成の下には、化石化したサンゴのコアに閉じ込められた別のデータの山があります。保存状態にもよりますが、これらのコアは、Webb のような研究者が 10 万年以上前の海洋温度記録を拡張することを可能にします。ウェッブはカスタマイズされたボート、調査船 D Hill を持っています 、グレートバリアリーフの下の古代の地層からコアサンプルを採取するための掘削プラットフォームを備えています.
ウェッブと彼のチームが化石化したサンゴのコアを回収した後、彼らはウラン-トリウム年代測定を使用してコアの年齢を決定できます。質量分析計による分析では、コアの層に含まれる微量のウランがどれだけトリウムに崩壊したかが示され、2 つの元素の比率を使用して各層のおおよその年代が計算されます。ヒメネスと同様に、Webb はストロンチウムとカルシウムの比率を使用して、各サンゴ バンドが作成されたときの海水温を計算し、化石コアを使用して先史時代の海域における微量元素の分布を追跡しています。 「完新世全体からコアを回収することができました」とウェッブ氏は、約 12,000 年前に始まった現在の地質時代について言及しました。 「気候と水質の問題を、同じサンゴ礁、まったく同じ場所、ただし 10 万年離れた場所で比較し始めることができます。」
ウェッブの化石コア分析は、古代の地質学的プロセスの新しい証拠も明らかにしています。オーストラリア沖のグレート バリア リーフの地域であるヘロン リーフへの最近の旅行中に、彼と彼のチームは不具合に遭遇しました。チームのリグは海底に 30 メートル掘削することができ、ある日、10 万年以上前の更新世時代の最後の間氷期にさかのぼる地層にすぐに到達するだろうと彼らは計算しました。しかし、彼らは決してそれを成し遂げませんでした。 「私たちは、約 15 メートルで更新世に衝突するだろうと考えていました」と Webb は回想します。 「私たちはその深さに賭けていました。誰かが 12 を取り、誰かが 14 を取りました。次のことは、私たちは 22 で、まだヒットしていませんでした。たまたま谷に穴を掘っただけで、まったく予想していませんでした。」
結局のところ、サンゴのコアには、海面が 130 メートルも低く、グレート バリア リーフの構造全体が波の上にあった最後の氷河期にさかのぼる層が含まれていました。風、雨、流水により、その場所の露出した石灰岩は、高くて急なゴツゴツした丘に囲まれた深いくぼみに刻まれました。海面が再び上昇すると、海流と波が水没した谷を堆積物の粒子で満たし、その地形がその場所で成長する新しいサンゴ礁の基盤となりました。この発見は、一部の科学者が考えていたように、現代のサンゴ礁の形状は通常、以前のサンゴ礁の形状やそれらが成長している地質構造によって決定されるわけではないという結論を下すのに役立ちました。堆積物が蓄積すると、古い構造物の輪郭が覆われ、新しいサンゴ礁が成長するためのより平らな表面が提供されます。一方、サンゴ礁の最高点は、海面が許す限り高くしか成長できません。つまり、サンゴ礁も上から平らになります。
海の変化する動きは、Nature Geoscience の研究のように、これらのユニークな生態系を形作る上で常に不可欠な役割を果たしてきました。 ちょうど今週リリースされたことがさらに証明しています。シドニー大学のジョディ・ウェブスター、フランスのピエール・シモン・ラプラス研究所のブライアン・ローヒード、および彼らの同僚は、グレートバリアリーフの下からさまざまな古代のサンゴのコアを抽出しました。コアの骨格物質と堆積物を分析したところ、過去 30,000 年間に 5 回、海面の変化によってサンゴ礁の一部が失われたことが示されました。サンゴ礁が空気にさらされたときや、上昇する海域の堆積物が光を遮ったときに発生しました。サンゴ礁に到着。しかし、サンゴ礁は、他の場所から移動したサンゴのポリプによってそれぞれ再成長し、その生きたサンゴの形成は、利用可能な最高の水と光の条件を利用するために時間の経過とともに移動しました.
コアサンプルの各サンゴ層の独自の構造構成は、数十年前または数千年前に発生したかどうかにかかわらず、サンゴが形成中に遭遇した他のストレスについての手がかりも提供します.ウッズ ホール海洋研究所の研究者が今年、Proceedings of the National Academy of Sciences で報告したように、海洋が大気中の溶存二酸化炭素によって比較的酸性になると、サンゴの成長習性が完全に変化します。 .
大学院生の Nathaniel Mollica と地質学者の Anne Cohen を含む海洋科学者のウッズ ホール チームは、現代のポーライトのサンプルを分析しました。 パナマ、パラオ、台湾、南シナ海の東沙環礁の近くの水域からのサンゴのコア。彼らは、サンゴの深部の成長パターンと密度の違いを明らかにする特殊な X 線装置であるコンピューター断層撮影 (CT) スキャナーに各サンゴのコアを入れます。
これらのサンゴコアの記録を各サイトから得られた水のサンプルと比較することにより、科学者は過去の時代のより高い酸レベルが明確な構造異常を引き起こしたことを実証しました.より酸性度の高い海域のサンゴは、他のサンゴとほぼ同じ速度で成長しましたが、酸にさらされたサンゴの構造は異なり、パンケーキ生地の泡のような隙間がありました.その理由は、二酸化炭素が海水に溶ける際に、水中の遊離炭酸イオンに付着するためです。その結果、サンゴのポリプが水から抽出できる炭酸イオンが少なくなるため、ポリプは炭酸カルシウムを十分に生産できなくなります。
時間が経つにつれて、この欠乏はサンゴの骨格をより薄く、より多孔質にします。研究チームの地球化学者である Weifu Guo は、次のように述べています。このようなデリケートな骨格は、高潮や波の打ち寄せによって崩れやすくなります。その崩れは、サンゴの餌となる藻類やサンゴに依存する魚など、サンゴ礁の他の生命を危険にさらす可能性があります。
海の未来のモデリング
このようなサンゴコアの観察は、惑星と海洋のダイナミクスに関する私たちの知識のギャップを埋めるだけでなく、ストレスが今後数年間でサンゴ礁にどのように影響するかを研究者が予測するのにも役立ちます.ウッズホールの研究者は、気候変動に起因する海洋の酸性度の予測された増加とともにコアデータを見て、世界中のサンゴ骨格の密度が2100年までに最大20％減少する可能性が高いと結論付けました。これは、サンゴ礁が被害を受ける可能性を強調する予測です物理的なドキドキによるダメージ。
さらに、サンゴのコアに閉じ込められた長期的な記録は、過去のサンゴ礁が汚染と海洋温暖化の真っ只中にどのように成長し、適応したかを明らかにしています。これは、今日の同様の傾向を考えると特に重要です. 「サンゴ礁がどのように振る舞うか、以前にどのような変化があり、どのように反応したかについての歴史的記録が必要です。これにより、私たちが直面する可能性のあるものについて、より良い足がかりが得られます」と Webb 氏は述べています。 「これらすべての記録を結びつけることで、私たちができることは驚くべきことです。」
その蓄積された知識は、研究者が地球規模の気候予測モデルを調整するのにすでに役立っており、ラフ氏は、それがサンゴ礁保護戦略に役立つと述べています。 「地球規模の気候モデルは完璧ではありません。常に調整されています。サンゴの記録は、これらのモデルが使用できる過去の証拠を提供します。」
研究資金の大部分は、現代のサンゴ礁生態学の文書化に向けられており、過去を調査するための資金はほとんど残っていません。しかし、海の歴史と現在の正確な評価をまとめるには、さまざまな時代と水の状態にまたがるより多くのサンゴのコア サンプルを見つけることが重要である、と Webb、Guo らは主張しています。 「より大きなコレクションがある場合、すべての議論が 1 つのサンゴに基づいているわけではありません」と Guo 氏は言います。 「もっと自信のある話をすることができます。」
Iwankow の長年の目標は、その進化するストーリーに追加することです。彼のディンギーの後 — 今では Porites を積んでいます コア サンプル — Tara に一気飲み 、彼はコア セグメントをボート デッキまで持ち上げ、作業台に並べて乾燥させます。ボートが港に到着すると、Iwankow が太平洋各地から収集した数十個のコアが、フランスの国立科学研究センター (CNRS) とモナコ科学センターに出荷されます。
これらのコアからのデータの助けを借りて、研究者は海洋生態系の詳細な肖像画とその構成要素がどのように相互作用するかを組み立てます。 「私たちはコロニーの全環境の[サンプルを]集めます」とイワンコウは言いました。 「サンゴ、水、魚、私たちはすべてを取り、すべてを一緒にします。」何千年もの間、サンゴは細胞ごとに産卵し、生命システム全体の健康と変容の証です。現在、これらのシステムの運命は、それらのスケルトンに含まれる隠された記録を解読する能力を発揮する可能性があります.
