ついに、海洋掘削機は地球のマントルからたくさんの岩を発掘します

1961 年、メキシコの太平洋岸沖の地質学者たちは、異国の地、つまり地球の内部への大胆な旅に乗り出しました。彼らは船から、地球の地殻の薄い層を掘削し、火山噴火を引き起こし、地球の質量の大部分を占める厚さ2900キロメートルの緻密な岩石の層であるマントルのサンプルを採取することを目指した。掘削は海底から数百メートル下まで到達しただけで、費用が高騰しプロジェクトが頓挫した。しかし、地質学の聖杯の一つである探求はまだ残っていた。

今月、国際海洋発見計画（IODP）の旗艦であるジョイデス・レゾリューション号に乗っている研究者らは、ついに成功したと発表した。大西洋中部の海底下を掘削し、主に上部マントル岩の一種である橄欖岩からなる、長さ1キロメートルを超える岩石の核を採取した。サンプルがどれだけ手付かずで変化していないのかは明らかではないが、灰緑色の岩の円柱が比類のない新記録を示していることは確かだ、とウッズホール海洋研究所の生物地球化学者であり、このクルーズの共同責任者であるスーザン・ラング氏は言う。「これらの種類の岩石は、私たちが長い間回収することを望んできました。」

デラウェア大学のマントル地球化学者ジェシカ・ウォーレン氏によると、陸上の研究者たちは掘削を続ける船の毎日の科学記録を熱心に追跡しているという。「この本当に新鮮なものに取り組むことは、何十年もの夢でした」と彼女は言います。「いよいよオズの魔法使いを見ることになります。」

同船に乗船していたカーディフ大学の火成岩石学者ヨハン・リッセンバーグ氏は、サンプルは多くの疑問を解決するのに役立つと語る。これらは、海洋地殻の組成が上部マントルとどのように異なるかについての直接的な証拠を提供し、地球の主要な岩石貯留層の元素存在量をより正確に推定することができる。マントルのサンプルは、マグマがどのようにマントルから溶け出して地殻を通って上昇し、火山活動を引き起こすのかを研究者が理解するのにも役立つとリッセンバーグ氏は言う。「これは火成活動、そして地球全体の構成を理解するための大きな一歩となる可能性があります。」

モホール計画と呼ばれる 1961 年のプロジェクトは、マントル到達を目指す数少ない失敗例のうちの最初のものでした。この地名は、マントルから結晶化して水によって変化した岩石のメランジである地殻が、地震波の速度の突然の急上昇によって画定される地球物理的境界であるモホロヴィチッチ不連続部、または「モホ」にちなんで名付けられました。均一なマントル。モホ山は厚い大陸地殻の約 35 キロメートル下にあります。しかし、それは海洋地殻のわずか約7キロメートル下にあります。そして、大西洋中央海嶺にあるジョイデス・レゾリューションの掘削現場ではさらに浅く、そこでは北アメリカとユーラシアの構造プレートが引き離され、マントルが上向きに押し上げられている。

長いマントルの核を回収することは、生命の起源の手がかりを求めて海底の山であるアトランティス山塊を探索するこのクルーズの主な目的ではなかった。山塊の岩石には、蛇紋岩化と呼ばれるプロセスで水と反応する鉱物であるカンラン石が多く含まれています。この反応により水素が生成され、これは、過熱水の噴出によって堆積した海底鉱物煙突の近くの複合体である「ロストシティ」で微生物の生命のエネルギー源として機能します。

生命は有機分子が豊富なこのような環境で誕生した可能性があると長い間理論化されてきた。この航海は、以前に掘削された深さ1.4キロメートルの穴をさらに深くし、生命にとっては熱すぎる深さまで押し進めることを目的としており、そこには初期の生命の原料となった可能性のある有機化合物が潜んでいる可能性がある。しかし進歩は遅かった。

そこで船はロストシティ近くの別の場所に戻り、そこでは2015年に掘削された浅いコアによって、海水によって高度に変化したマントル岩と思われるものが発見された。リーズ大学の地質学者で、このクルーズのもう一人の主任科学者であるアンドリュー・マッケイグ氏は、海底近くの水平断層を突き抜けた後、「掘削は魔法のようにうまくいきました」と語る。唯一の問題は、回収された橄欖岩にアスベストの鉱脈が含まれていたことで起こり、安全プロトコルの強化が求められた。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校の地球物理学者ドナ・ブラックマン氏は、この岩石がマントルの真のサンプルであるかどうかについては、まだ議論の余地があると語る。モホでの地震の加速は、マントル岩石中の水、またはカルシウムやアルミニウムの鉱物の不足を反映していると考えられています。サンプルには依然として海水の影響がある程度見られるため、ブラックマン氏はサンプルを深層地殻に分類する可能性があると述べている。「しかし、それにもかかわらず、岩石学は興味深いものであり、特別なものです」と彼女は言います。そして、チームがより深い岩石への掘削を続けるにつれて、リッセンバーグ氏は「岩石はより新鮮になってきている」と言う。

実際、フロリダ州立大学の地球化学者ビンセント・ソルターズ氏によると、研究チームはすでにマグマに溶けていないマントル岩石をサンプリングしているようで、その後冷えて結晶化してさまざまな種類の地殻岩石になるという。この時点で岩石を撮影することで、研究者はマグマがどのように溶け、流れ、分離するのかを知ることができ、世界中の火山の働きを知る手がかりになるはずだ、と彼は言う。

スクリップス研究所の地球化学者ジェイムズ・デイ氏は、この岩石は、中海尾根に集められた溶岩（しばしばマントルの代役とみなされている）がマントル自体とどれだけ異なるかなど、他の基本的な疑問にも答えられる可能性があると述べている。海洋学。岩石中に豊富な放射性元素があれば、マントルが全体としてどの程度の熱を生成し、プレートテクトニクスの原動力である深層対流運動を促進するかの推定値が改善される可能性がある。そして、その物理的な強さは、地震が上部マントル内でどのように破壊され、伝播するかを研究するための情報を提供することができます。また、コアはマントルがどの程度よく混合され、深海溝で地球内部に引き戻される大陸地殻からの成分を再取り込んでいるかを明らかにするのにも役立つ可能性がある。「これには、海底の一部を理解する以上のことがたくさんあります」とデイ氏は言います。

岩石の研究はJOIDES Resolutionに搭載された研究室ですでに始まっており、最終的にコアはIODPリポジトリですべての人が利用できるようになる予定です。しかし、岩石サンプルに対する興奮にはほろ苦さも伴います。今回の遠征は、この船にとって最後の遠征の 1 つになるかもしれません。 3月、米国科学財団（NSF）は、コストの増加と国際協力者との合意の欠如を理由に、同船の運航契約を2024年9月に終了すると発表した。

オレゴン州立大学副学長でIODPコミュニティのリーダーでもあるアンソニー・コッパーズ氏は、船の状態は良好で2028年まで稼働する可能性があると述べた。米国議会が延長に資金を提供する可能性はまだわずかにある、と同氏は言う。しかし、NSFには後継船を開発する計画はまだない。そして、IODP への他の 2 つの大きな貢献国であるヨーロッパと日本は、前進を続けています。今月、彼らはIODP3の創設を発表した。これは、これまで主に日本近海で活動してきた日本の掘削船「ちきゅう」を多用する新しい世界的掘削プログラムである。

ラングさんにとってはジョイデス・レゾリューション号での初めてのクルーズでしたが、彼女はその研究所の設備の整い具合と技術スタッフの知識の豊富さに驚きました。彼らの成功は、海底下を調査してきた数十年の経験を証明している、と彼女は言う。「このようなものが失われるのはとても残念です。」