川崎　様

　地球大気の酸素の大部分は, 酸素を発生する光合成生物である藍藻(シアノバクテリア)を初めとする藻類、シダ植物、コケ植物、裸子植物、被子植物が、光合成によって二酸化炭素を固定するときに水から発生する酸素に由来しています。これは火山ガスに全く酸素が含まれていないためですが、これに対し窒素、二酸化炭素は火山活動によって地球内部から発生した大気成分です。ご質問の大気酸素濃度の急激な低下は石炭紀ではなく、古生代の石炭紀に続くぺルム紀（Permian）の末期（2.63億年前）と中生代の三畳紀(Triassic)の初期（2.43億年前）の 約2000万年の間に生じた低下を指すと思われます。この時期の地層はPT境界層とよばれ、この地層には（大気酸素と鉄イオンが反応して沈着する）酸化鉄がなく、また、化石の研究からこの間の酸素欠乏などによって、これまでに進化してきた古生代の生物種の96%が絶滅しています。この酸素濃度の低下が生じた原因はまだはっきりしていませんが、現在、この年代に異常に多かった火山活動によって生じた火山灰によって太陽光が遮蔽されて太陽照度が低下し、植物による光合成が低下し酸素が大気に供給されなくなったためと考えられています。6500万年前に恐竜の絶滅をもたらした隕石の衝突が原因である可能性は低いようです(詳細については、熊沢、伊藤、吉田(編)：“全地球史解読”、東大出版会(2002)、丸山、磯崎(著)“生命と地球の歴史“岩波新書(1998)参照)。
　ペルム紀より以前の石炭紀には（3.6‐2.9億年前）、植物が非常に繁茂ししかもそれが地中に埋もれた量が多く、それが現在、化石燃料（石油、石炭）として利用されています。石炭紀の年代に生物の絶滅を示す化石の証拠はなく、大気酸素濃度が低下したとする証拠もありません。この年代の地球大気酸素濃度は、植物の光合成・二酸化炭素固定による有機物の生産量、それに伴う酸素発生量、有機物と酸素の生物(呼吸)による消費と燃焼(山火事)による消費、のバランスによって基本的に決まります。石炭紀には光合成産物が地中に埋もれた量が多いため、この年代、植物以外の生物による有機物消費(呼吸)が同じであれば、埋もれた有機物の量（Cの原子数）に相当する酸素（O₂の分子数）が少なくとも大気に残るはずです。これらのことから、石炭紀の後期には酸素濃度が現在の20.9%より高い30%以上、最高35%にもなっていたと推定されています。これには地質的な証拠以外に、石炭紀には巨大化した昆虫化石(例えば、翅の長さが75 cm、胴の直径が3 cmのトンボ)が見出され、これも高い大気酸素濃度の生物的な証拠と考えられています(Nick Lane: ” Oxygen, The Molecule that made the World” Oxford Univ. Press (2002))。生物は一般に酸素濃度が高くなると酸素(活性酸素)による障害を抑制するため細胞数を増加し、細胞内酸素濃度が高くなるのを抑制しています。単細胞生物から多細胞生物の出現に至る生物進化も、植物光合成による大気酸素濃度の上昇が誘因であったと考えられます。