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サンゴ化石の古気候記録が語るメソポタミア文明の消長(

サンゴ化石から 4,100 年前のメソポタミア地域の気候を復元

著者

西アジアのメソポタミア地域では、約 4,600 年前に史上初の帝国と呼ばれる「アッカド帝国」が誕生しました。この帝国は 400 年ものあいだ繁栄を続けましたが、突然に滅亡してしまいます。これまでの考古調査や古気候の復元記録によると、帝国の崩壊には「急激な乾燥化」が影響したことが分かってきました。しかし、乾燥化の気候メカニズムはよく分かっておらず、メソポタミア地域の社会が受けた影響も不明でした。
そこで私たちは造礁性サンゴの化石に着目しました。アラビア半島のオマーンにて化石の発掘調査をおこない、アッカド帝国の滅亡前後に相当する「4,500 年前 〜 2,900 年前の試料」を良い保存状態で発見しました。サンゴ化石の地球化学分析をおこない、当時の海水温や塩分変動を復元したところ、約 4,100 年前の冬は他の時代とくらべて極めて乾燥・寒冷であったことを解明しました。乾燥・寒冷な気候によりアッカド帝国の農業社会は不振となり、帝国が滅亡したことが示唆されました。研究成果は Geology に掲載されました。

山崎 敦子(理学研究院 地球惑星科学部門)
構成:石井 優大 (理学研究院)

アッカド帝国はなぜ滅んだのか

豊富な水資源により繁栄したアッカド帝国

西アジアのチグリス・ユーフラテス川流域で発達したメソポタミア文明Mesopotamian civilization[1]において、約 4,600 年前に「史上初の帝国」と呼ばれるアッカド帝国Akkadian Empireが誕生しました。アッカド帝国の支配領域は驚くほど広く、現在のイラクやシリア・イランの一部およびトルコ中部までの地域が統治されていました (図1)。

図1虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図1メソポタミア地域の位置と年間降水量 メソポタミア地域を緑の点で示しており、アッカド帝国の首都テル・レイランを白いばつ印で表している。首都テル・レイランがチグリス・ユーフラテス河に挟まれていることが見て取れる。左下の図は、メソポタミア地域の月ごとの降水量を示している。12 月から 4 月の長期間にわたり降水量がおよそ 80mm となっている。この雨量は、日本における 5 月の降水量に相当するほど多い。図は山崎助教により提供。

アッカド帝国は、チグリス川とユーフラテス川という 2 つの大河に挟まれ、冬によく雨が降ることから水資源が豊富にありました。そのため首都テル・レイランでは冬の降雨を利用した天水・灌漑かんがい農業[2]が発展して、人々の生活を支えていました。そんな安寧がいつまでも続くかに思われたアッカド帝国ですが、建国から約 400 年後に突然滅亡してしまいます。

なにが滅亡の引き金となったのでしょうか? これまでの考古学的調査[3]古気候復元[4]の結果から、帝国の滅亡には「急激な乾燥化」が関わっていると分かってきました。しかし、乾燥化を引き起こした気候メカニズムはよく分かっておらず、乾燥化がメソポタミア地域の社会にあたえる影響も解明されていませんでした。

造礁性サンゴは古代を語る

気候は月ごとに変化します。そのため乾燥化の謎を解くには、数千年前の気候変動を月以上の細かな時間解像度で追わなければなりません。そこで私たちは、化石になった造礁性サンゴの骨格に注目しました (図2)。

図2虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図2海底にある巨大なサンゴ群体 サンゴはそのコアに年輪 (X 線画像の縞模様) を刻む。年輪ごとに古代の海洋環境を読み出すことができる。図は山崎助教により提供。

造礁性サンゴcoralとは、その名の通りサンゴ礁を造るサンゴの総称[5]です。造礁性サンゴの化石には、海水温や塩分など過去の海洋環境が週〜月単位で刻まれています (図2)。したがって化石サンゴの骨格を調べれば、季節ごとの古気候を復元できます。このようにして「化石から復元した気候変動」と「現在も生きている造礁性サンゴから復元した現在の気候変動」を比べることで帝国が崩壊した時代の気候を復元し、当時の気候が社会にあたえる影響を検討しました。

サンゴから古代を読み解く方法

サンゴ化石の化学的な分析

低緯度域に広く分布する造礁性サンゴには樹木のように年輪が刻まれ、その生息期間中の海洋環境を炭酸カルシウムの骨格に記録しています (図3)。

図3虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図3サンゴの年輪と海洋環境との関係 造礁性サンゴには、ポリプと呼ばれる個体が集まって群体を作るものが多い。炭酸カルシウム骨格を土台として、その周りにポリプが取り付いているような形をしている。ポリプは共生する褐虫藻から光合成のエネルギーをもらい、骨格を成長させて年輪を刻む。骨格の原料である酸素 (安定同位体: 16O, 17O, 18O) やイオン (Ca2+, Sr2+) などは海水から供給され、それらの含有率は海洋環境 (水温、塩分など) に左右される。したがって、サンゴの骨格の化学成分を分析することで、過去の海洋環境を読み出すことができる (図の右下のグラフ)。Watanabe et al. (2019) の図を改変。図の一部をいらすとやより引用。

私たちはその骨格を化学分析することによって、過去の水温、塩分、日射量、栄養塩といった海洋環境の移り変わりを週 〜 月単位で明らかにできます。もしアッカド帝国の滅亡前後に生息していたサンゴ礁の化石が見つかれば、当時のメソポタミア地域における気候が復元できると期待されます。

サンゴ化石の発掘

そこで、アラビア半島オマーンの沿岸にて化石サンゴの発掘をおこないました (図4)。保存状態の良い化石を発見でき、この化石からオマーン北東の水温および塩分の記録を読み出すことに成功しました。

図4虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図4発掘した場所 (左) と得られた化石サンゴ (右) 図と写真は山崎助教により提供。

地球化学分析

私たちは合計 2 ヶ月におよぶ野外調査をおこないました。アラビア半島のオマーン北東部の沿岸で造礁性サンゴの化石群を発見し、大きくて保存状態のよい化石を選んで持ち帰りました (図5)。

図5
図5発掘調査の様子 写真は山崎助教により提供。

放射性炭素年代測定[6]により化石サンゴの年代を調べたところ、アッカド帝国滅亡の前後にあたる 4,500 〜 2,900 年前に生息したサンゴであることがわかりました。これらのサンゴ化石に対して、2 週間に相当する幅に年輪を区切っていき、地球化学分析[7]をおこないました。海水温と塩分を知るための指標として、酸素安定同位体比 (δ18Ocoral) とストロンチウム/カルシウム比(Sr/Ca 比)を分析しました。δ18Ocoral は水温と塩分 (大気の湿潤さ) の二つの影響で変化し、Sr/Ca 比は水温のみに依存して変化します[8]。この二つの指標を用いると過去の水温を ±0.5℃、塩分が 0.1 の精度で復元できます (図6)。

図6
図6年代ごとの気候変動 (上図) と月ごとの気候変動 (下図) (a) 各年代における δ18Ocoral (緑線) と Sr/Ca 比 (赤線) を示す。4 〜 5年以上の季節変動のデータが描かれている。Sr/Ca 比がゼロとなる点は年代ごとの平均気温に対応する。Sr/Ca 比の値が大きくなるほど、寒冷化していることを意味する。Sr/Ca 比が周期的に変動していることから、寒暖の移り変わりが見て取れる。δ18OcoralSr/Ca 比と似た周期性をもつ。4,100 年前に注目すると、他の年代に比べて Sr/Ca 比や δ18Ocoral の振れ幅が大きく、異常な気候変動が起きていると予想される。図は山崎助教より提供。(b) 4,100 年前の年代における季節ごとの気候変動。週 〜 月レベルという驚くべきほどに細かな時間分解能で気候を復元できている。Watanabe et al. (2019) の図を改変。

こうして分かった海水温と塩分の変動をもとにして、アッカド帝国が崩壊した時代とその前後における気候の変動を復元しました。

研究結果と考察

浮き彫りになった冬の異常気象

図6 でも述べたように、約 4,100 年前には何か大きな気候変動があったように思えます。しかも、この年代はアッカド帝国の滅亡時期に合致しています。そこで冬季に限ってδ18OcoralSr/Ca 比の平均値を描いてみると、図7 が得られました。

図7虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図7化石サンゴから復元した冬の気候 横軸は年代、縦軸は冬季における δ18Ocoral, δ18Osw, Sr/Ca 比を表す。グラフの右端が現代に対応し、この点における値と比べて 4,100 年ごろには急激な寒冷化・湿潤化が起こっている。一方、考古学による別の研究結果 (Risvet and Weiss, 2013) を図の左下に示している。アッカド帝国の遺跡面積は 4,100 年ごろに急減しているが、この年代はまさに寒冷化・湿潤化の時期と一致している。寒冷化・湿潤化がおさまると再定住が起きていることからも、オマーン北東部の寒冷化・湿潤化は、メソポタミア地域の生活と密接に関係していることが見て取れる。図は山崎助教により提供。

δ18OcoralSr/Ca 比を年代ごとに調べてみると、約 4,100 年前には他の時代とくらべてオマーン北東部が冬に寒冷であることがわかりました。この冬の異常気象は 2 〜 3 ヶ月間ほど継続していました。他の年代 (約 4,500 年前と約 3,600 年前以降) では冬の異常気象が確認されず、現在に似た気候であったと考えられます。
次に δ18OcoralSr/Ca 比を組み合わせて海水の酸素同位体比 (δ18Osw) を算出し、大気の湿潤さを復元してみました (図7, 青線)。すると異常な寒冷化が起こったのと同じ時期に、オマーン北東部が湿潤になっていました。この雨はどこから流れ込んできたのでしょうか? アッカド帝国の滅亡原因と考えられる「メソポタミア地域の乾燥化」とはどのような因果関係にあるのでしょうか?

海水温・塩分の変動と気候の移り変わり―シャマールの脅威―

現在の気候をみることで、「オマーン北東部の気候」と「メソポタミア地域の気候」との関係を明らかにしました。現生する造礁性サンゴ骨格を調べ、冬の海水温・塩分変動 (過去 26 年間分) を復元したところ 図8 のような関係性が見えてきました。

図8虫眼鏡をもったきゅうりくん@右下
図8シャマールの発生日数と海水温・塩分との関係 どの線でも山と谷が一致していることから、シャマールの頻発は、オマーン北東部における海水温の低下と低塩分化 (湿潤化) をもたらすことが分かる。図は山崎助教により提供。

西アジアの地域風シャマールshamal[9]が冬に頻発するほど、オマーン北東部は冬に寒冷で低塩分化することがわかりました。シャマールは、メソポタミア地域を含む西アジア地域の乾燥を深刻化させ、砂嵐を引き起こします。

このことを念頭に置くと、異常な寒冷化・低塩分化が起こった約 4,100 年前には、シャマールの頻度が冬に増大していたと考えられます。冬のシャマールの頻発によってメソポタミア地域が乾燥化し、砂嵐が吹き荒れると、冬の雨季に農業を営むアッカド帝国の社会・農業システムは深刻な影響を受けてしまいます。たとえば農業が困難になって飢饉ききんが発生したり、砂嵐の多発で健康に被害が出たりするなど考えられます。結果としてアッカド帝国では死亡率が増え、助けを求めて流れ込む移民を支えられずに崩壊へとつながったのかもしれません。約 4,100 年前の冬の異常気象は約 3,600 年前には収束しています。その後に安定した気候となったメソポタミア地域では、再び文明が繁栄しました。

まとめと展望

本研究では、週〜月単位の高い時間解像度をもつサンゴの古気候記録を基に、気候変動が古代文明とその社会に与える影響を解明することに成功しました。気候の季節変化は私たち人間の生活に直接影響を与えます。サンゴ記録と考古学との学際的な研究は、気候変動が過去・現在の社会にどのように寄与するかを解明する一歩になると期待されます。今後も様々な年代や地域において気候と人の関わりを明らかにしていきたいと考えています。

研究こぼれ話


著者オマーンでは、1 ヶ月間、キャンプをしながら化石を求めて調査しました。毎日夕方になるとテントを張る場所を探し、薪を集めて火を起こしてご飯を作ります。おおよそ 3 日に一度、wadi と呼ばれる川を探して、見つけるとシャンプーと生活用の水汲みができます。ロバやラクダに囲まれたり、砂嵐の中一晩を過ごしたりもしました。ダイナミックな自然の中で、美しい化石サンゴ礁を見つけた時には飛び上がるほどの喜びを感じました。

Note:

  • [1] メソポタミア地域 (現在のイラク周辺) で生まれた世界最古の文明の一つ。メソポタミア地域は二つの大河に囲まれた肥沃な土地であった。そこでは農業が盛んにおこなわれ、都市国家を維持するだけの基盤が整えられた。楔形文字や暦、占星術などのさまざまな文明が花開いたことから、メソポタミア地域は「文明のゆりかご」とも呼ばれる。
  • [2] 天水とは雨などの自然に得られる降水を指し、天水のみを利用する農業は「天水農業」と呼ばれる。一方、灌漑 (かんがい) とは川などの外部にある水源から人工的に水を引いて農地に水を供給する方法であり、これを利用した農業は「灌漑農業」と呼ばれる。
  • [3] 遺跡の発掘調査によって、メソポタミア地域における遺跡数の変遷と分布が分かっている。4,100 年前に遺跡の数が極端に減っていることから、アッカド帝国の滅亡が 4,100 年前ごろに起こったと予想されている。
  • [4] 堆積物試料や鍾乳石を用いて復元される。
  • [5] より詳しく説明すると、褐虫藻 (かっちゅうそう) と呼ばれる藻を体内に飼っているサンゴを指す。造礁性サンゴは、褐虫藻の光合成で得たエネルギーを利用して、骨格の成長速度を速めている。造礁性サンゴの骨格は炭酸カルシウム (CaCO3) からできており、樹木の年輪のような模様を刻む。この年輪に沿って化学分析をおこなうことで、 1 週間から 1 ヶ月ほどの精密さで海洋環境を復元できる。サンゴが死亡すると年輪の成長が止まり、骨格が化石として保存される。そのため化石サンゴの骨格は、サンゴが生きていた時代の海洋環境を記憶している。
  • [6] 試料に含まれる炭素 12C と放射性炭素 14C の割合から年代を特定する方法。14C / 12C 比は生体内ではおよそ一定に保たれる。死骸になると減少することが知られている。12C にくらべて 14C は不安定であり、放射線を放って崩壊するため、14C / 12C 比が小さいほど古い試料であることが分かる。
  • [7] 地質学的な試料を化学的な方法で分析すること。
  • [8] サンゴの骨格 CaCO3 の酸素 O には、3 種類の酸素安定同位体 (16O, 17O, 18O) が存在する。16O18O の割合 (酸素同位体比) は「骨格を造るときの水温」や「海水の酸素同位体比 (塩分)」に依存する。このため、海水温のみに依存する他の指標 (たとえば Sr/Ca 比) と組み合わせると、海水の塩分を復元できる。造礁性サンゴ骨格に含まれる陽イオンは、ほぼカルシウムイオン Ca2+ であるが、ごくわずかに別の元素も含まれている。たとえば、ストロンチウムイオン Sr2+ が海水からわずかに取り込まれており、その割合は骨格を造るときの海水温のみに依存することが知られている。したがって骨格中の Sr2+Ca2+ の比から過去の海水温を推定できる。
  • [9] 西アジア地域からアラビア半島に吹き下す風のこと。

より詳しく知りたい方は・・・

タイトル
Oman corals suggest that a stronger winter shamal season caused the Akkadian Empire (Mesopotamia) collapse
著者
Takaaki K. Watanabe, Tsuyoshi Watanabe, Atsuko Yamazaki, Miriam Pfeiffer
掲載誌
Geology 47:1141–1145 (2019)
研究室HP
サンゴ礁地球環境学研究室
キーワード
サンゴ化石、メソポタミア文明、オマーン、古気候指標