地質時代とは何か
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地質時代（Geologic time scale;Geological age;Geological eon）とは、約46億年前の地球の誕生から現在までの内、直近数千年の記録の残っている有史時代（歴史時代）以前のことである。
地球の年齢46億年超の内、有史時代（数千年間）は100万分の1であり、地球の年齢の99.9999％は地質時代である。なお、人類の誕生以降における有史時代以前のことは先史時代とも呼ばれる。また、地質時代区分において有史時代（現在を含む）は新生代/第四紀/完新世に含まれる。
概要
138億年前の宇宙誕生（ビッグバン）から3分の2経過した今から46億年前に太陽系に地球が誕生した。この数十億年に渡る地球の過去を考察する場合、地球誕生から、月の形成、海洋誕生、大陸の形成分裂、造山運動・火山活動、巨大隕石の衝突、気候変動などの天文学的・地学的な絶対年代区分とは異なった、時代を発掘された化石や地層等から相対的に区分する手法が用いられており、これを地質時代と呼ぶ。この地質時代区分は地球史絶対年代とは異なるが、絶対年代上の重要事象の結果として多くの生物相の変化が起きたわけであり、地質時代と絶対年代に定義の差はあるが、相関性はある。
地球の過去は岩石や地層の中に封じ込められており、幾重にも亘る地層には、本の頁のように、地球の過去の事件やその時代の生物などが記録されている。これらの地層は、含まれる岩石や化石の放射年代測定により年齢を推定することが出来る。こうして地層の頁を紐解き、岩石という原子時計を測り、含まれる化石を見出すことにより地球の過去を知ることが可能となる。
地質時代の区分は発見される化石によるため、各時代はそれら生物の時代とも言え、その絶滅が時代を区分している。言い換えれば地質時代は生物の繁栄と絶滅の記録である。 一部の例外を除き各紀の境界では大量絶滅が発生している。右図参照。
地質時代研究の歴史
古代から中世にかけて現生生物とはかけ離れた化石の発見から古生物の存在や、貝の化石が海から離れた場所で見つかることから現在の陸地が昔は海であった可能性などの推察があった。一方で、化石は生物起源ではない変わった形の岩石であり、『創造論』に基づいた時代認識が近世まで続いていた。近世に入りルネサンスを経て自然科学の発展が始まり近代につながる地球科学の各分野が誕生した。
- 16世紀
- 1548年、「鉱物学の父」と呼ばれるドイツのゲオルク・アグリコラが『化石の本性について』を出版し、化石は生物に類似した形になった鉱物ではなく、生物起源であると発表した。
- 1555年、スイスの博物学者コンラート・ゲスナーが化石を図入りで記載した『化石の全種類について』を出版した。
- 17世紀
- 1669年、デンマーク人のニコラウス・ステノがイタリアのトスカーナ地方の化石や地層について記述した地質学の先駆的な著書である『固体の中に自然に含まれている固体についての論文への序文』を出版、地層累重の法則を提唱し、層序学の基礎を作る。
- 18世紀
- 1709年、スイスのヨハン・ヤーコブ・ショイヒツァーが植物化石をまとめた『洪水植物誌』を出版した。
- 1735年、「分類学の父」と呼ばれるスウェーデンのリンネが『自然の体系』を出版、分類学の基礎を作る。
- 1759年、イタリアの地質学者ジョヴァンニ・アルドゥイノが、イタリアの南アルプスの地層の分析から地質時代を第一紀（化石の出ない時代）、第二紀（化石が出るが現生生物とは遙かに異なる）、第三紀（現生生物に近い生物の化石が出る時代）に分類した。後に第四紀が追加されるが、その後の研究の進展から第一・第二紀は使われなくなり、第三紀は古第三紀と新第三紀に分割され、第三紀は使われなくなった。
- ドイツの地質学者アブラハム・ゴットロープ・ウェルナーが鉱物分類法・構造地質学の基礎を築く。水成論（水成岩起源説）を提唱した。
- 1795年、イギリスのジェイムズ・ハットンが『地球の理論（Theory of the Earth）』を出版、斉一説および火成論を提唱、地殻運動の証拠となる「不整合」を発見。
- 19世紀
- 1809年、フランスの博物学者ジャン＝バティスト・ラマルクが『動物哲学』を出版し、軟体動物化石の研究から進化論を提唱した。
- 「英国地質学の父」、「層位学の父」と呼ばれるウィリアム・スミスが地層累重の法則と示準化石による年代決定法（地層同定の法則）を編み出し、イギリスの地質図（1815年）を作った。
- 1831年、フランスの博物学者ジョルジュ・キュヴィエが『骨化石の研究』を出版した。比較解剖学の創始者。
- 1859年、チャールズ・ダーウィンが『種の起源』を発表し進化論を提唱する。
- 20世紀
- 1912年、ドイツの気象学者アルフレート・ヴェーゲナーが大陸移動説を提唱した。
- 1922年、ソ連の化学者アレクサンドル・オパーリンが化学進化説を提唱した。
- 1960年代代後半にプレートテクトニクスが確立。
- 1975年、米国のウィリアム・ハートマンとドナルド・R・デイヴィスが月の生成に関するジャイアント・インパクト説を再提唱。
- 1980年、恐竜絶滅の隕石衝突説が提唱され、1991年に衝突跡がチクシュルーブ・クレーターと特定された。
- 1992年、雪玉地球仮説が提唱された。
- 21世紀
定義
区分の仕方は大きくは古い方から冥王代、太古代、原生代、顕生代の4つの累代、さらに細かく 代、紀、世、期と分類されている。これらの区分は化石帯区分と呼ばれ、地層や化石の研究から導きだされたものである。これらの時代区分は動物化石を基に分類されているので、植物相の変異とはズレがある。また第四紀に関してはヒト属の時代という区分である。
| 地質年代区分 | 年代層序区分 | ||
|---|---|---|---|
| 累代 | eon | 累界 | eonothem |
| 代 | era | 界 | erathem |
| 紀 | period | 系 | system |
| 世 | epoch | 統 | series |
| 期 | age | 階 | stage |
| 時代と層の対比 | |||
| 後期 | late | 上部 | upper |
| 中期 | middle | 中部 | middle |
| 前期 | early | 下部 | lower |
地球年代学（英: Geochronology、地質年代学とも）で定義する累代、代、紀、世、期に相応する地層を層序学（英: stratigraphy）および地質年代層序学（英: chronostratigraphy）では累界、界、系、統、階と呼ぶ。また地球年代学で言う前期、中期、後期に対しては下部、中部、上部となる。右の表を参照。
時代区分の定義、名称や基底年代等に関しては絶えず見直されており、また合意に至っていないものも多々ある。これらは国際地質科学連合（IUGS）、国際第四紀学連合 （INQUA）、国際層序委員会 （ICS）等で検討され、4年ごとに開催される万国地質学会議（英: International Geological Congress）で批准されてきている。
時代区分は化石すなわち過去の生物相に拠るものであり地域毎に特性がある。よって細かい時代区分では各大陸での様相は均一ではなく、異なった区分が提唱されることもあり、それらをすり合わせる事が国際層序委員会の主な活動の一つである。
当記事では公式・暫定を含め国際地質科学連合（IUGS）および国際層序委員会（ICS）の資料に基づき記述する。
年代の定義
時代区分の開始年代(基底年代)は、主にその区分に属する岩石や化石の放射年代測定によって統計誤差を伴った年代数値が割り出されているが、新生代の新第三紀以降の年代数値は、放射年代測定の結果と良く適合し、気候変動を説明出来る日射量の変動サイクル（ミランコビッチサイクル）による絶対年代である天文年代で定義されている。また地層・岩石や化石試料の乏しい原生代以前に関しては、端数の無い大まかな天文年代で定義されている[5]。
地球環境の変遷
地球誕生以来、多くの重大事象が起き、初期の地球環境はかなり極端であったと予想されている。45.5億年前の月が出来る原因となったと思われる天体との衝突があり、地球の自転速度は月誕生直後では一日が5-8時間で、月は地球から1.5-2万キロ（現在は38万キロ）と近くにあり、非常に大きな潮汐力であった。その後徐々に1日が長くなると同時に、月が離れていった。（8.5億年前頃（新原生代）には一日は20.1時間で一年は435日であった。） 41億年前から38億年前の間には後期重爆撃期と呼ばれる多くの天体衝突があり、初期の地球環境は何度も破壊された。以降も直径10㎞を超える小惑星を含めた隕石の衝突があり環境を激変させた。
地球誕生直後はマグマで覆われていたが、比較的早期に冷えて固まり42億年前には既に海洋が形成されていた事が、発見された岩石情報から推定されている。40億年前（太古代の初め）には地温勾配は現在の3倍程で、25億年前には2倍程になり、地球が冷え地殻が形成され、マントルの対流により超大陸の形成分裂が繰り返され、火山活動・造山活動もそれに伴い引き起こされた。25億年前にはそれまでの海底での火成活動から、大規模な陸上での火山活動が起きた。
太陽の明るさは40億年前には現在の70-75%と冷たい太陽であったが、温室効果ガスによると考えられ気温は現在とほぼ同じであった。地磁気は32億年前には現在の50%ぐらいで初期の地球大気を太陽風から守っていた。地磁気の逆転は何度も起きている。幾度もの氷河時代が訪れており特に強い氷河時代には赤道付近まで凍結する雪玉地球の状態であったと推定されている。これらの気候変動により数百メートルの幅で海水準変動が起きた。
また地学的事象との複合作用であるが、生物起源の地球環境の変化も起きており、その最たるものが24.5-18.5億年前の大酸化イベントと呼ばれる遊離酸素の大量供給である。推定では現在の大気中の酸素の約10倍の酸素がこの期間に供給され（数倍から20倍とも）、様々な酸化物を生成すると同時に大気中の酸素濃度がゼロから現在の10%（1%とも）以上になった。8-3億年前にも大気中酸素濃度の急上昇が起きており石炭紀末には最大で現在の1.7倍になったと考えられている。 約4億8830万 - 4億4000万年前頃にオゾン層が形成され生物の陸上進出が可能となる。
生物界の変遷
生物相はその生育環境である前述の地球環境に大きく依存している。地球誕生数億年後の冥王代末期に有機化合物（生命前駆物質）の化学進化により原始生命体誕生。太古代に地球生物の共通祖先から真性細菌と古細菌へ分岐、そして原核生物が誕生した。地質時代の前半分は遊離酸素の無い還元環境における嫌気性生物の時代であった。その後起きた大酸化イベントでは多くの嫌気性生物は絶滅し、酸化環境下での好気性生物の時代となった。
原生代には初期の大酸化イベントを境に真核生物の時代となり有性生殖が始まり、多細胞生物が誕生した。古生代の初期にはカンブリア爆発で海洋生物で堅い外骨格をまとった無脊椎動物が出現した。動物界では、カンブリア紀とオルドビス紀の無脊椎動物時代、シルル紀には昆虫の陸上進出があり、デボン紀の脊椎動物である魚類時代、石炭紀とペルム紀の両生類時代、中生代の三畳紀、ジュラ紀、白亜紀の爬虫類時代、新生代の哺乳類時代に区分されている。一方植物界では古生代のカンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀の藻類・菌類時代（シルル紀に植物が陸上侵出した）、デボン紀、石炭紀、ペルム紀中頃までのシダ植物時代、ペルム紀中頃からジュラ紀、白亜紀中頃までの裸子植物時代、以降現在までが被子植物時代と区分されている。
地質時代の大まかな区分
国際層序委員会による地質系統・地質年代表 (International Stratigraphic Chart) 2015年1月版（以降 ICS2015 と略）に準拠して、地質時代の区分を概説する。
2013年現在、すべての階層の基底年代について、GSSPによって定義する作業が進められており、2013年1月にICSが発行したISC2013では基底年代が大幅に書き換わっている。また、おおよその数値を意味する波線（~）は継続して使用されている。その後も改訂作業は続いており、ICSからは随時改訂版が発表されている状況である。次々節の詳細表も同様にISC2013年版の内容に準拠した上で、その後の改訂の内容を反映する形でまとめている。なお、地質時代区分の日本語名称に関しては、詳細表も含め、2015年4月に改訂された日本地質学会のガイドラインによる。
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時代区分の配色は国際地質科学連合公認の世界地質図委員会発行のGeologic Time Scale 2008 で用いられている色に拠った。またこの節の表では、開始年代の値について誤差は記入せず中央値のみを記載している。
時代区分の詳細は次々節「地質時代#地質時代区分の詳細」を参照
| 開始年代 （年前） | 累代 | 代 | 紀 | 世[注釈 3] | 概要 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1万1700年 | 顕生代 | 新生代 | 第四紀 | 完新世 | 人類の時代。更新世末に、大型哺乳類の大規模な絶滅。氷期と間氷期の繰り返し。大規模な氷河。日本海が拡がり、弓状の日本列島となる[26]。 |
| 258万年 | 更新世 | ||||
| 533万3000年 | 新第三紀 | 鮮新世 | パナマ地峡形成、ヒマラヤ山脈上昇、寒冷化、氷床発達。ヒトの祖先誕生。 | ||
| 2303万年 | 中新世 | 生物相はより現代に近づく。アフリカがユーラシア大陸と繋がったことで両大陸間の拡散。インド大陸衝突。孤立している南アメリカとオーストラリアは、異なった動物相。日本海となる地溝帯が細長い海となり島（古日本列島）が誕生。 | |||
| 3390万年 | 古第三紀 | 漸新世 | 気候変動による大規模な海退。哺乳類の進化・大型化。日本列島に当たる部分は大陸の一部、後に日本海となる地溝帯が拡大。 | ||
| 5600万年 | 始新世 | 現存哺乳類のほとんどの目（もく）が出現。 | |||
| 6600万年 | 暁新世 | アフリカ、南アメリカ、南極大陸は分離。ヨーロッパと北アメリカはまだ陸続き。インドは巨大な島。絶滅した恐竜の後の哺乳類、魚類の放散進化。植物は、白亜紀に引き続き被子植物が栄え、この時代にほぼ現代的な様相 | |||
| 1億4500万年 | 中生代 | 白亜紀 | ジュラ紀から白亜紀の境目に大きな絶滅などはなく、白亜紀も長期にわたり温暖で湿潤な気候が続いた。恐竜の繁栄と絶滅。哺乳類の進化、真鳥類の出現。後期にかけて各大陸が完全に分かれ配置は異なるが現在の諸大陸の形になる。末期に小惑星の衝突が原因と推定されるK-T境界の大量絶滅。 | ||
| 2億130万年 | ジュラ紀 | パンゲア大陸がローラシア大陸、ゴンドワナ大陸へ分かれ始め、後期にはゴンドワナ大陸も分裂を開始。絶滅を生き残った恐竜が栄えた。被子植物の出現。有袋類、始祖鳥出現。ジュラ紀は現在より高温多湿で、動物・植物はともに種類が増え、大型化していった。 | |||
| 2億5217万年 | 三畳紀 | パンゲア超大陸、平原化、砂漠化。気温上昇、低酸素化。恐竜の出現。紀末に76%が大量絶滅。 | |||
| 2億9890万年 | 古生代 | ペルム紀 | ユーラメリカ大陸とゴンドワナ大陸が衝突し、さらにはシベリア大陸も衝突しパンゲア大陸へ。単弓類の出現。紀末に95％以上の生物種が絶滅。シベリア洪水玄武岩が原因か。P-T境界 | ||
| 3億5890万年 | 石炭紀 | ゴンドワナ大陸、ローレンシア大陸、バルチック大陸、ユーラメリカ大陸。シダ植物の繁栄、昆虫の繁栄、爬虫類の出現。 | |||
| 4億1920万年 | デボン紀 | 両生類の出現、シダ植物、種子植物の出現。紀末に海洋生物種の82%が絶滅した。 | |||
| 4億4340万年 | シルル紀 | 昆虫類や最古の陸上植物が出現 | |||
| 4億8540万年 | オルドビス紀 | オウムガイの全盛期で三葉虫のような節足動物や筆石のような半索動物が栄えた。甲冑魚のような魚類が登場。紀末に85%の種の大量絶滅。オゾン層形成。 | |||
| 5億4100万年 | カンブリア紀 | 海洋が地球上のほぼ全てを覆い尽くす、動物門のほとんどすべてが出現したと考えられている。「カンブリア爆発」と呼ばれる急激な生物多様化。 | |||
| 6億3500万年 | 原生代 | 新原生代 | エディアカラン | 多細胞生物の出現。エディアカラ生物群 紀末に大量絶滅。6億年前に雪球地球 | |
| 8億5000万年 | クライオジェニアン | 7億年前に雪球地球 | |||
| 10億年 | トニアン | ロディニア超大陸の分裂開始。 | |||
| 12億年 | 中原生代 | ステニアン | ロディニア超大陸の形成。大陸棚の拡大。シアノバクテリアの最盛期、酸素分圧（酸素濃度）が現在の10%以上まで上昇。真核生物の出現。代末に有性生殖発現。 | ||
| 14億年 | エクタシアン | ||||
| 16億年 | カリミアン | ||||
| 18億年 | 古原生代 | スタテリアン | 大陸がはじめて安定した（クラトン化）。最初の超大陸（ヌーナ大陸）出現か? 光合成により遊離酸素を放出する微生物シアノバクテリアの繁栄。大酸化イベントによる縞状鉄鉱層の形成。大部分の嫌気性微生物の消滅。ヒューロニアン氷期、22-23億年前に雪玉地球。全大陸にわたる造山活動。2回の最大級の小惑星衝突。 | ||
| 20億5千万年 | オロシリアン | ||||
| 23億年 | リィアキアン | ||||
| 25億年 | シデリアン | ||||
| 28億年 | 太古代（始生代） | 新太古代（新始生代） | 初期に全生物の共通祖先が現れ、細菌の祖先と古細菌類の祖先が誕生したと推定されている。藍藻（シアノバクテリア）の出現。始生代の微生物の化石（微化石）がいくつか見つかっている。 | ||
| 32億年 | 中太古代（中始生代） | ||||
| 36億年 | 古太古代（古始生代） | ||||
| 40億年 | 原太古代（原始生代） | ||||
| 46億年 | 冥王代 | 地球誕生、月の形成（ジャイアント・インパクト説）、隕石の後期重爆撃期。地殻と原始海洋ができ、有機化合物（生命前駆物質）の化学進化の結果、原始生命体が誕生したと考えられている。40億年前の岩石や44億年前の結晶が見つかっている。 | |||
地質時代のタイムスケール
地学では、ヒューマンスケール（人間的尺度）とは大きく異なった地質時代の長さ（時間）を直感的に理解するために、地質時代を1年や1日の帯グラフ（左図）やパイチャート（右図）に割り当てて表示する手法がしばしば採用される。
- 地質時代のタイムスケール
帯グラフの割合はICSのｖ2013/01による。
パイの割合は古い時代区分によるもので、最新の左図の割合とは異なる。詳細は図の解説を参照。
以下に、46億年を1年に見立てた帯グラフ（左図）を解説する。46億年を365日で割ると、1日は1260万年、1時間は52万5千年、1分は8752年、1秒は146年に相当する。人生70年は0.5秒弱である。対して宇宙の年齢は3年に相当する。
元日に地球が誕生し、1月5日に月が分離。2月17日にかけて、原始海で化学反応により生命の素が出現する。以降6月初旬にかけて細菌や古細菌が誕生し、藍藻が出現。6月から11月中旬にかけては、藍藻が繁栄して酸素濃度が急上昇し、同時に大陸が形成される。11月19日以降が顕生代で、質と量においてある程度の化石情報があり、いわゆる“見える”時代である。
- 顕生代（約43日）
生物多様化（カンブリア爆発）が起こり、11月26日には生物が陸上へ進出。12月15日から26日にかけて恐竜の時代、続いて哺乳類の時代。
- 新生代（約5日）
- 新第三紀・鮮新世は12月31日午後1時50分から、第四紀・更新世は午後7時4分から、完新世（右端）は午後11時58分40秒以降となる。
- 第四紀（約5時間）
- 大晦日の夜7時には人類の祖先が誕生し、午前零時3分前にネアンデルタール人が絶滅、西暦2000年は最後の13.7秒に相当する。
- 大晦日の夜7時には人類の祖先が誕生し、午前零時3分前にネアンデルタール人が絶滅、西暦2000年は最後の13.7秒に相当する。
