約6,550万年前の白亜紀末に起きた恐竜などの生物大量絶滅について、これまでさまざまな仮説が提案されてきた。この問題に対し、世界12カ国、総勢41人の研究者で構成されたチームは、2010年3月5日のScienceのオンライン版に地球外天体の衝突によって引き起こされた環境変動が要因であることを確認したと発表した。

これまでの同問題に対する最有力の説は、1980年にノーベル物理学者のLuis Alvarez博士らにより提唱された直径10kmの地球外天体の衝突により引き起こされたという仮説。同仮説は、1991年にメキシコのユカタン半島に直径180kmの白亜紀末に生じた衝突クレーター(チチュルブ・クレーター)が発見されたことで、広く支持されるようになった。

しかし、同仮説以外にも、大規模火山噴火(デカントラップ)説や複数天体衝突説なども提案されていたほか、チチュルブのクレーター形成時期と生物大量絶滅時期は約30万年のズレがあり、無関係と主張するグループなども存在していた。

このさまざまな仮説に終止符を打つべく、独Friedrich-Alexander Universitat Erlangen-Nurnberg(FAU)のPeter Schulte博士をリーダーとした地質学、古生物学、地球物理学、惑星科学などの分野を超えた世界12カ国、41名の研究者チームは、世界中で報告されている地質学的痕跡、衝突クレーターの物理特性、数値モデルの結果などの再検討を実施。日本からも東北大学大学院工学研究科附属災害制御研究センターの後藤和久助教ならびに千葉工業大学 惑星探査研究センターの松井孝典所長が、衝突に伴う環境擾乱やクレーターの形成プロセスに関する専門家として参加、生物大量絶滅とチチュルブ衝突との関連性の調査を行った。

チチュルブ・クレーターの位置(星印)と、世界中で報告されている白亜紀末の地層(衝突起源物質を含む)。層厚は、チチュルブ・クレーターを中心として距離に応じて薄層化する(ピンク:層厚10m以上、赤:数十cm～数m、オレンジ:数cm、黄色:数mm)

こうした取り組みにより、研究チームはチチュルブ衝突によって引き起こされた複合的な環境変動のみで、白亜紀末の生物大量絶滅は統一的に説明できることが明らかになったとの結論に至ったという。

同結論に至った根拠として、世界約350地点で報告されている白亜紀末の地層にチチュルブ衝突起源の物質が含まれること、またチチュルブ・クレーターを中心として系統的な地層の薄層化や衝突起源物質のサイズ減少が見られることから、衝突が全球に影響を及ぼしたと考えられると判断した。

また、今回の研究により両者の発生時期は世界中の地層で厳密に一致していることを確認、チチュルブ衝突は生物大量絶滅の約30万年前に起き、絶滅とは無関係であるという仮説には根拠が無いことが実証され、チチュルブ衝突と生物大量絶滅のタイミングが一致するとの判断に至った。

さらに数値計算結果に基づくと、チチュルブ衝突により放出された粉塵や硫酸塩、森林火災に伴う煤などの量や大気滞留時間は、光合成生物(植物プランクトン)の活動を長期間停止させうることとなり、食物連鎖の基底をなす光合成生物が死滅したことにより、恐竜などの大型生物は食料を採取できなくなり絶滅したものと考えられるという結論に達した。

その他の仮説である火山噴火は、白亜紀末をまたぐ約100万年にわたり活動を続けたが、環境に与えた負荷は小さく、この間に生じた温度変化は2℃未満であったことが判明している。実際に、火山活動が最も強かった時期には生物大量絶滅は起きておらず、白亜紀末の生物大量絶滅時には火山活動が弱かったことなども、この仮説では説明ができないこととなる。

一方の白亜紀末に巨大天体衝突が複数回起き、チチュルブ衝突以外の天体衝突が生物大量絶滅の原因となったとする仮説は、白亜紀末を含む約1,000万年間に渡って地球外物質(イリジウム)の濃集度を高精度で調べた研究に基づくと、この間に起きた巨大天体衝突はチチュルブ衝突のみであったと考えられ、複数衝突そのものが無かったという判断となった。

6,550万年前の白亜紀末(赤線)周辺の時代の地質イベント、環境変動、生物絶滅をまとめた模式図。Aで60%以上の生物が白亜紀末に絶滅、Bで絶滅後の一時的な生物の増加、Cで古第三紀における生物の多様化を表し、生物大量絶滅はDの全球的な炭素循環の擾乱、Eの海洋堆積物中の炭酸塩の減少、Fのチチュルブ衝突と一致する。それに対し、Gの火山活動は白亜紀末より約50万年前から始まっているにもかかわらず、生物大量絶滅には影響していないことがわかる

今回の発表論文では、地質学、古生物学、地球物理学、惑星科学など、学際化・細分化していた衝突と生物大量絶滅に関する研究を、各分野の専門家が集まり統一的に検討した結果、チチュルブ衝突により生物大量絶滅が起きたことをあらゆる証拠が示唆するという結論に達した点が最大のポイントとされており、長年にわたる科学論争を決着させるために、このような複合的な研究手法が取られたという点で、科学史的にも重要なできごととされる。

ただし、天体衝突による白亜紀末の地球表層環境擾乱は、生物大量絶滅を引き起こすのに十分な規模だったことが判明したものの、その推定精度はいまだ不十分であり、現在、統合国際深海掘削計画(IOD)によるチチュルブ・クレーター内部の掘削計画が進行中であり、掘削が実現すれば衝突クレーターの規模や形成過程をより詳細に解明できると期待される。