地球を切断して見ると、はっきりと分かれた層に分けられることがわかる。最上部には私たちが住む比較的薄い地殻がある。その下には厚さ2,900 kmのマントル層がある。そして、マントルに囲まれて惑星の最内部に金属核がある。
マントルは地球最大の岩石層である。しかし、少なくとも6 kmの地殻に覆われているため、通常はマントルに掘削することはできなかった。唯一の例外は、地殻に亀裂ができてマントルが露出している断層部分である。
私は、海底からマントル岩の1,268 mの長さの掘削コア(ドリルによって採取された岩石の長い円筒形サンプル)を回収した国際チームの一員だった。このサンプルは、以前のマントル岩のコアの6倍以上の長さがあり、地球のこの大部分がアクセス不可能な層の組成を垣間見ることができた。詳細は科学誌『Science』で読むことができる。
我々が回収した岩石の種類は、アビサルペリドタイトとして知られている – 地球上部マントルの主要な岩石である。我々は北大西洋の海底下の中央大西洋海嶺と呼ばれる地帯からコアを採取した。ドリルは研究船Joides Resolutionから展開された。これはIODP(国際深海科学掘削計画)のExpedition 399で行われた。
マントルの組成に関する新しい洞察を提供するだけでなく、このドリルコアは地球の深部地質学や生命の起源に関与した可能性のある条件についても他の洞察を与えてくれる。
中央大西洋海嶺は、地球を覆うテクトニックプレートの2つの境界に位置している。このプレート間の境界では、アフリカとヨーロッパが年間2 cmをわずかに超える速度でアメリカ大陸から分離している。
ここでは、マントル上部の岩石が部分的に溶融することで新しい地殻が形成され、海嶺から離れていく。上部マントルも湧き上がるため、テクトニックプレート間に隙間が開くことはない。
我々の論文では、このドリルコアの予備的な解釈を概説している。岩石の大部分はハルツバージャイトと呼ばれる岩石で構成されており、これは海嶺下でマントルが湧き上がる際の部分溶融によって形成される。ただし、これらはもっと早い時期の溶融エピソードで形成された可能性もある。
原始的なマントルと比較すると、岩石中の輝石鉱物が非常に少ない。また、マグネシウムの濃度が非常に高い。これらはどちらも高度な溶融の結果である。この溶融は、マントルが地球のより深い部分から表面に向かって上昇する際に起こった。
岩石は湧昇と伸張断層という過程を経て表面に達した。伸張断層とは、一つの岩体が別の岩体の上をすべる過程である。まず、岩石がより硬くなり、その後溶融したマグマが岩石を通り抜けた。これによってはんれい岩と呼ばれる岩石が形成された。
マントルを通って溶融岩が運ばれる経路を研究することで、マントルがどのように溶融し、火山やはんれい岩を供給するかについて知ることができる。
岩石が海洋に近づくにつれて、海水がハルツバージャイトとはんれい岩の両方と化学反応を起こし、その組成を変化させた。海水が岩石を通過する際、海水自体も変化し、循環流体として知られるものになる。岩石から放出される化学物質によって、異なる組成を持つようになる。
我々がドリルコアを回収した地域のマントル岩は、ドリルサイトの約800 m南に位置するロストシティ熱水場と呼ばれる地帯に関連している。この場所では、そこにある岩石と海水が相互作用することで、海底に高い煙突構造が形成される。
これらの煙突は、周囲の海水に独特の化学組成を持つ温かい流体を放出する。ドリルコアの岩石と海水の相互作用で見られたのと同様に、これらの煙突からの流体は海水として始まる。その後、透水性の海洋地殻を通過し、加熱され、化学組成が変化し、煙突を通して再び噴出される。
ロストシティの噴出流体は高アルカリ性で、水素、メタン、より複雑な炭素化合物が豊富である。ロストシティは、地球上の生命が進化した可能性のある環境の一つとして提案されている。
IODPプロジェクトの一環として我々が掘削したコアは、ロストシティの岩石「基質」の最良のモデルである。したがって、新しいコアは、このような熱水場内で進行している反応を研究するための素晴らしい自然の実験室であり、生命の起源に重要だった可能性のある異常な流体を生成している。
コアはドイツのブレーメンにあるIODPリポジトリに保管され、短い猶予期間の後、どの科学者でもサンプリングできるようになる。船上で収集されたすべてのデータも公開される。国際的なオープンアクセスはIODPの模範的な特徴であり、このコアは今後数十年にわたって参照セクションとなるだろう。
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