北極圏の熱水噴出孔が地球外生命探査に貢献か

北極海の氷の下にある熱水噴出孔、エンケラドスやエウロパの地下海洋の底に似てるのか？分厚い氷をぶち抜いて探査機を送り込むのに何十年も掛かるから地球で研究できるならお手軽。以下、
北極圏の熱水噴出孔が地球外生命探査に貢献か


R/V Polarstern号から見たオーロラ熱水噴出孔、ガッケル海嶺を覆う北極海の流氷の上空。(写真：Chris German、©Woods Hole Oceanographic Institution)
2022年11月1日

海底鉱物層の推定を拡大するサイトも登場
マサチューセッツ州ウッズホール 2014年に北極海のオーロラ熱水系で熱水噴出孔サイトを発見したとき、科学者たちはその発見がどれほどエキサイティングなものか、すぐには気づきませんでした。
ウッズホール海洋研究所地質・地球物理学部の上級科学者であるクリス・ジャーマン氏は、「北極海でどんなベントを発見しても、私たちが発見したものは、存在するベントサイトの最も興味深い種類の一つだと考えていました」と述べています。私たちは探検から帰ってきて、『よし、北極でサイトを見つけたぞ』と思いました。それは素晴らしいことですが、氷の覆いを取れば、それは単なるベントサイトに過ぎません "と考えていました。
しかし、さらなる分析と2019年の遠隔地探検の後、ドイツ人と他の研究者は、これは非常に重要な発見であると考えるようになりました。彼らは、このベントと北極海のガッケル海嶺の海溝谷底にまだ存在する他のベントは、超低速拡散の海洋中央海嶺に関する我々の理解を変え、銅や金を含む貴重な海洋鉱床の推定を大幅に拡大し、地球外生命の探索に役立つ天然の実験室として機能すると考えています。
「この発見は、超低速海嶺の冷却、地球規模の海洋鉱物分布、および地球外生命体の探索に重要な生物学的有機合成を可能にする地質環境の多様性に影響を与える」と、Nature Communicationsに発表された論文「Gakkel RidgeのAurora hydrothermal fieldにおけるVolcanically hosted venting with indications of ultramafic influence」は語っています。


北極海のガッケル海嶺にあるオーロラ熱水鉱床。
北極海ガッケル海嶺のオーロラ熱水鉱床で、広範な鉱床からなる高い石筍状の熱水チムニーを見下ろしたところ。いくつかの煙突の頂上付近にある淡いクリーム色の「ブロブ」は、土星の衛星エンケラドスに存在する可能性のある、地熱を燃料とする種類の微生物生命を表している。(写真提供：©Alfred Wegener Institute)
「私たちが発見したものの中で最も大きなものは、氷に覆われた海の下にある噴出口です。この噴出口は、生命の起源や地球外生命体の探索に関連する有機合成を研究するのに最適な場所でもあります」と、論文の主執筆者であるドイツ人は語りました。「海底の地質とその上の水柱の化学を研究することの組み合わせが、このベントサイトに特別な洞察を与え、この特別な性質があることを明らかにするものなのです。
このベントサイトは、土星の衛星エンケラドゥスや木星の衛星エウロパ、そして生命が生息できる条件を提供できる地下海を持つ他の太陽系天体を探査するための準備として、自然の実験室になるかもしれないと、彼は言っています。
また、地下の鉱物についての理解が進んだことも重要であるとドイツ人は言う。
このベントサイトに関する発見は、「例えば、銅や金などの熱水鉱床が大量に存在することから、将来的に経済的な利益をもたらす可能性のある熱水鉱床が、世界中の海嶺の半分に、これまで考えられていたよりもはるかに多く存在する可能性を示唆しています」と、彼は言った。「これは、大規模な熱水鉱床の成長を維持することはできないと考えられていたベントサイトの一種である。これまで、科学者たちは、このような小さな火山システムでは、このような大きな鉱床を成長させるほど長い間、熱水循環を維持することはできないと仮定していたのです。
海洋採掘について、ジャーマン氏は、"科学者として、我々は、国際海底機構のような意思決定者にこの情報を伝え、彼らが自然界をよりよく理解した上で意思決定できるようにするべきだと感じています。"と言っています。
オーロラ熱水系は、ガッケルリッジの地溝帯の底にある新火山マウンドに関連した、広範な鉱床のフィールドを持つ活発な海底ガス抜きをホストしています。しかし、研究者が行った深海曳航カメラとサイドスキャン調査によって、この場所は100メートル以上の幅があることがわかりました。これは、ゆっくりと広がる海嶺にある火山性の噴出孔としては異例の大きさで、形成に長期間の大きな熱流束を必要とするテクトン性の噴出孔に匹敵するものであると論文では述べられている。オーロラからの熱水噴出は、典型的な玄武岩を起源とする「ブラックスモーカー」噴出孔よりも、マンガンに対してはるかに高い溶存メタン値を示している。その代わりに、このプルームは、ゆっくりと広がる尾根の高温の超マフィックの影響を受けた噴出孔からのプルームに酷似しています。
「私たちは、深部まで浸透する流体循環が、この噴煙を支えているのではないかと考えています。
「我々は、この超低速拡散海嶺の設定において、異常なほど薄い海洋地殻の下にある超苦鉄質岩にアクセスできる熱水対流セルによって、オーロラ熱水鉱床で明らかな長期のベントを深部浸透流循環が維持したと仮定している」と論文では指摘している。海底の露頭で観測されたピロー玄武岩は、「熱水対流セルがその下の超苦鉄質岩にアクセスしている間、海洋地殻の比較的薄いベニヤを表しているだけかもしれない」。
超苦鉄質岩は、隕石のバルク組成に類似した地球内部の原始的な岩石である。ガッケル海嶺のような超低速拡散尾根は、年間1センチメートル（約0.5インチ）の速度で広がっている。これに対し、北米とヨーロッパは年間2.5センチメートル（1インチ）と2倍以上の速度で拡散し、太平洋海底は年間10〜20センチメートル（4〜8インチ）とさらに速い速度で拡散している。
論文の共著者であるEoghan Reevesによれば、オーロラの発見の意義は、この種の温泉の化学的プロットが非常に少ない現状に、まもなく重要な新しいデータポイントが追加されるかもしれないということです。
「海底で視覚的に確認されたブラックスモーカーの大部分（現在700以上）は、玄武岩やシリカを多く含む岩石と相互作用しています。鉄分を多く含むマントル超苦鉄質岩中の加熱された海水循環は、海洋世界の宇宙生物学や生命起源研究の中心的テーマであるにもかかわらず、現在、地球の海底でそのような岩石の影響を受けた10以下の温泉の化学組成しかわかっておらず、これらの流体がどれほど多様で、類似性があり、どんな化学組成がまだそこに隠れているかが不明瞭です」とベルゲン大学地球科学部および深海研究センターのリーブス准教授は述べています。「現在、私たちが知っている数少ないシステムは、化学的に互いに大きく異なる流体を放出しており、この種のシステムでどのような微生物学的および地球化学的プロセスが起こっているかについての私たちの理解を一変させた。オーロラの噴煙は、既知の別の温泉と化学的に類似していますが、新しく発見された場所についてまだ分かっていないことがたくさんあります。オーロラが私たちが知っている化学的プロットに当てはまるのか、あるいはそれを拡大するのか、今後非常に楽しみです。"
記事の共著者であるVera Schlindweinは、"Auroraの高温ベントに興味をそそられる "と言っています。アルフレッド・ウェゲナー研究所ヘルムホルツ極地海洋研究センターの教授であるSchlindwein氏は、玄武岩マウンドは、「マグマに飢えたレナトラフの大深度まで海底が下がっている、まさに奇妙な場所にある」と述べました。レナトラフは、ガッケルリッジの南側の続きである。「しかし、オーロラ玄武岩マウンドを形成し、高温の噴出を維持するのに十分な熱とメルトソースは、より驚くべきものです。超低速散布海嶺は、溶融物の供給が非常に不連続であるため、ベントフィールドの地質学的設定について、さらなる驚きを秘めている可能性があります」。
今回の研究成果を振り返って、ジャーマン氏は、「海底がいかに多様で素晴らしいものであるかということに驚かされ続けています。探検に出かけるたびに驚かされるのは、同じものばかりを見つけるのではなく、まったく新しいものを見つけ続けることができるからです。むしろ、これまで見てきたものとは異なる、まったく新しいものを見つけ続けているのです。"
この研究は、米国海洋大気庁、NASA、ドイツ研究評議会、マックス・プランク協会、欧州研究評議会、ノルウェー研究評議会の支援を受けて実施されたものです。また、ヘルムホルツ協会（ドイツ）およびノルウェーの北極圏大学であるトロムソ大学から、船上でのサポートを受けました。
著者 Christopher R. German1,†、Eoghan P. Reeves2、Andreas Türke2、Alex Diehl3,4、Elmar Albers4、Wolfgang Bach3,4、Autun Purser5, Sofia P.Ramalho6, Stefano Suman1, Christian Mertens3,7, Maren Walter3,7, Eva Ramirez-Llodra8,9, Vera Schlindwein3,5, Stefan Bünz10, および Antje Boetius3,5,11（以上、ドイツ・ヘルムホルツ協会、ノルウェー国立北極圏大学
所属
1ウッズホール海洋研究所、ウッズホール、マサチューセッツ州、米国
2ノルウェー、ベルゲン大学地球科学部・深海研究センター
3ブレーメン大学海洋環境科学センター、ドイツ
4ドイツ・ブレーメン大学地球科学部
5アルフレッド・ウェゲナー研究所ヘルムホルツ極地・海洋研究センター（ドイツ・ブレーマーハーフェン
6アヴェイロ大学生物学部環境・海洋研究センター（CESAM）、ポルトガル
7ドイツ・ブレーメン大学環境物理学研究所
8ノルウェー水研究所(NIVA)、オスロ、ノルウェー
9ノルウェー、リサーカー、REVオーシャン
10トロムソ大学北極圏ガスハイドレート・環境・気候センター（CAGE）（ノルウェー・北極圏大学
11マックス・プランク海洋微生物学研究所，ブレーメン，ドイツ

共著者
ウッズホール海洋研究所について
ウッズホール海洋研究所（WHOI）は、マサチューセッツ州ケープコッドにある、海洋研究、工学、高等教育を目的とした非営利の民間機関です。1930年に設立され、海洋と地球全体との相互作用を理解し、変化する地球環境における海洋の役割の理解を伝えることを主な使命としています。WHOIの先駆的な発見は、科学と工学の理想的な組み合わせから生まれ、その結果、基礎および応用海洋研究と探査において、最も信頼され技術的に進んだリーダーの1つとなりました。WHOIは、学際的なアプローチ、優れた船舶運用、比類のない深海ロボット工学の能力で知られています。海洋観測において主導的な役割を果たし、世界で最も広範なデータ収集プラットフォーム群を運用しています。一流の科学者、エンジニア、学生は、波の上と下の両方で、世界中で800を超える同時進行のプロジェクトに協力し、知識と可能性の限界を押し広げています。詳細については、www.whoi.edu をご覧ください。