南ハイドレートリッジ

オレゴン州沖合約90kmに位置するサザンハイドレート海嶺は、ハイドレート海嶺南部に位置する活発なメタン湧出地帯です。長さ25km、幅15kmに及び、水深約800mで北北東・南南西方向に伸びています。[ 1 ]サザンハイドレート海嶺は、有人潜水艦アルビンによる多数の潜水調査、カナダのROV ROPOS、米国国立深海潜水艇施設（National Deep Submersible Facility）のジェイソン、MBARIのティブロンなど、多数のロボット探査機による広範囲な調査、そしてメタンの海底分布の変化を記録した時系列地球物理学的研究の現場となっています。[ 2 ] [ 3 ]また、ここは海洋観測イニシアチブ（OOI）の一部である国立科学財団地域ケーブルアレイの主要拠点でもあり、ケーブル接続された8種類の機器が光の速度で365日24時間ライブデータを陸上に送信しているほか、ケーブル接続されていない機器も含まれています。

サザンハイドレートリッジの位置（黒い矢印で示されています）。緑の星はオレゴン州ニューポートの位置を示しています。

地質学的背景

南ハイドレート海嶺の地質史は地震画像化によって再構築されており[ 4 ]、この地域で発見されたメタン氷床の起源に関する制約を与えている。ハイドレート海嶺は、カスケード海嶺沿いの断層が海側傾斜から陸側傾斜に移行する地域にある。この断層の再配向は、この活発な付加体形成帯における堆積性付加から沈み込みへの移行に対応している。海側に傾斜する逆断層は、海嶺変形前面を特徴づけ、山頂直下約7kmまで伸びている。南ハイドレート海嶺の隆起は約100万年前に始まったと予測されている[ 5 ] 。

堆積特性

南部ハイドレート海嶺では、粘土質の堆積物が発見されています。これらの堆積物は更新世から完新世にかけてのもので、平均してスメクタイト29% 、イライト31% 、緑泥石とカオリナイト40%で構成されています。更新世-完新世の地層の下部には、後期鮮新世-前期更新世の付加体があり、これはスメクタイト38%、イライト27%、緑泥石とカオリナイト35%で構成されています。堆積物の下部には、粗粒タービダイトの厚い透水性層が広がっています。

カスケード付加体縁に沿って位置するこの地域の堆積物は、 [ 3 ] 2つの沈み込みに関連したプロセスによって形成されています。

  1. 沈み込むフアン・デ・フカプレートから堆積物が削り取られ、その上にある北アメリカプレートに沈み込む。
  1. 沈み込んだ堆積物が上部プレート上に堆積すること。[ 4 ]

堆積物の継続的な二重化とアンダープレーティングは、隆起による堆積物の厚みの増加を引き起こしました。さらに、この地域における圧縮と脱水は、局所的な間隙水圧の上昇をもたらしました。

南ハイドレート海嶺のメタン氷

南ハイドレート海嶺のメタン氷は浅い堆積物の中で発見されており、稀に海底に露出しているものもあります。南ハイドレート海嶺は大陸棚上部に位置しているため、堆積物の間隙水圧と温度によって制御される広域ハイドレート安定帯（RHSZ）[ 6 ]は非常に浅いです。[ 7 ]堆積物中の有機物が微生物によって利用され、堆積物の隙間にメタン飽和が生じるため、RHSZ内にメタン氷が形成されます。[ 8 ] RHSZの基部は、メタン氷に富む堆積物から粘土質の堆積物への移行を示しています。RHSZとその下の堆積物との間のインピーダンスコントラストにより、地震探査技術を用いてRHSZの深度を検出できます。[ 4 ]

関連する微生物媒介炭酸塩層

メタンハイドレートの形成は、広範囲にわたる自生炭酸塩岩と関連している。これらの炭酸塩岩床は、硫化物酸化細菌、ムール貝、ハマグリ、巻貝、チューブワーム（ただし、チューブワームはサザンハイドレート海嶺では観察されていない）などの地元の化学合成生物群集と関連し​​ている。 [ 9 ]メタンを豊富に含む流体の移動と流出、および微生物の相互作用により、メタンの嫌気性酸化によって化学温室が形成される可能性がある。[ 10 ]サザンハイドレート海嶺には、主要な湧出地点を縁取る自生炭酸塩岩の緩やかな城壁に加えて、ピナクルと呼ばれる高さ60メートルの巨大な炭酸塩岩床がある。ピナクルの炭酸塩岩のウラン-トリウム年代測定によると、ピナクルは約7,000年から11,000年前のものである。[ 11 ]

メタンの放出：空間的および時間的な不連続性

メタンの噴出には、メタン氷が分解するにつれて、メタン湧出帯から液体とガスの形でメタンが放出されることが含まれる。大陸棚上部のRHSZが狭いため、南ハイドレート海嶺のメタン氷は準安定状態にあり、海底温度と圧力の変化によってメタン氷が不安定化し、液体とガスへの分解が起こる可能性がある。[ 7 ]

サザンハイドレート海嶺でのメタンの噴出は一時的かつ断続的であることが観測されており[ 8 ]、時間的な変動は数時間から数日であることが確認されている[ 3 ] [ 12 ] 。この地域は複数の噴出地点があることが特徴で、異なる亀裂ネットワークを反映していると考えられている[ 12 ]。活発な噴出により開いた亀裂ネットワークが維持される一方で、噴出がないときに亀裂がハイドレートで満たされることもある。噴出が再活性化すると、新しい亀裂システムが形成される可能性がある。この湧出地点では噴出の時間的および空間的な変動が観測されているが、局所的な噴出速度は6桁以上変化することが判明している[ 9 ] 。その制御はまだ十分に解明されていない[ 3 ] [ 12主な研究場所である「アインシュタインの洞窟」の概要ソナーと定量化ソナーは、この非常に動的な環境からのプルームの時間的、空間的、強度とメタンフラックスの定量化に関する新たな知見を提供しています。

意義

海洋の湧出地点から大気中に放出されるメタンが、暁新世-始新世温暖化極大期（PETM）などの過去の気候温暖化現象の要因であった可能性がある。 [ 13 ] [ 14 ]境界環境には数ギガトンの炭素がメタンとして閉じ込められていると推定されており、湧出地点からのメタンの放出は、地球の大気中のメタンの5～10%を占めていると考えられている。[ 3 ]

科学的調査

1986年にハイドレート海嶺でメタンの湧出と新たな微生物・大型動物が発見されて以来、ハイドレート海嶺南部は大規模な研究地となっている。 [ 4 ]現在、OOI地域ケーブルアレイの研究地の一つとなっている。[ 2 ]多様な機器を含むインフラが設置され、2014年に全面的に稼働を開始した。現在このサイトに設置されているセンサーは以下の通りである。[ 2 ]

  • 圧力センサーは海底の上にある水柱によって加えられる圧力を測定し、月の潮汐がメタンの放出に与える影響を研究するために設置されています。
  • 流速計は音響信号を使用して水流の速度と温度を測定します。
  • 音響ドップラー流速計（ADCP）は、音響信号を用いて海域の水流速を測定します。この装置は、熱、質量、運動量の局所的なフラックスを理解するためにOOIによって設置されています。[ 2 ]このような応用例としては、気泡プルームの経時的変化の研究が挙げられます。[ 15 ]
  • デジタルスチルカメラは、海底地形や生物相の変化、そしてメタンプルームの噴出を記録します。これは、局所的なシステムと生物圏が時間の経過とともにどのように進化していくかを理解するために重要です。
  • 質量分析計は、溶存ガスの濃度を測定します。これは、地元の生物地球化学プロセスを理解し、海底からのメタン放出を定量化するために重要です。
  • 低周波ハイドロフォンは、地震活動を調べるために水柱を通じて伝播する音波を記録します。
  • 海底地震計は、地域規模および局所的な地震活動を検知します。サザンハイドレート海嶺には現在、加速器付き広帯域地震計1基と、短周期地震計3基（海底の断裂分布に関する知見をもたらす可能性のある局所的な地震事象の調査用）が設置されています。
  • 「オスモ」流体サンプラーは、毛細管のようなチューブに流体を吸い込み、浸透箇所から排出される流体をサンプリングします。
  • 底層流量センサーは、堆積物に出入りする流体の流量を測定します。これは、海洋への局所的なメタンおよび硫化物の流れを決定する上で重要です。

参考文献

  1. ^ Liu, & Flemings. (2006). オレゴン州沖ハイドレート海嶺南部におけるハイドレート安定帯を通過するガスの挙動.地球惑星科学レターズ, 241 (1-2), 211-226.
  2. ^ a b c d「Southern Hydrate Ridge」 . interactiveoceans.washington.edu . 2018年10月16日閲覧。
  3. ^ a b c d e Philip, B., Denny, A., Solomon, E., & Kelley, D. (2016). オレゴン州サザンハイドレートリッジ上空における気泡プルーム変動と水柱メタン分布の時系列測定.地球化学、地球物理学、地球システム, 17 (3), 1182-1196.
  4. ^ a b c d「サザンハイドレートリッジの地質史」 www-odp.tamu.edu 2018年10月16日閲覧。
  5. ^ Chevallier, J., Tréhu, A. , Johnson, N., Bangs, H., & Jack Meyer. (2005). 南部ハイドレート海嶺の地震シーケンス層序とテクトニック進化.海洋掘削プログラム議事録：科学的成果,204 , .
  6. ^ Bangs, NL, Musgrave, RJ, & Tréhu, AM (2005). オレゴン沖における後氷期温暖化に伴うハイドレートリッジ南部ガスハイドレート安定帯の上方移動. Journal of Geophysical Research: Solid Earth , 110 (B3).
  7. ^ a b Ruppel, CD (2011) メタンハイドレートと現代の気候変動。自然教育知識3(10):29
  8. ^ a b Riedel M., M. Scherwath, M. Römer, M. Veloso, M. Heesemann, & GD Spence. (2018). カスケード山脈沿岸沖合に分布する天然ガスの噴出. Nature Communications, 9 (1), 1-14.
  9. ^ a b Boetius & Suess. (2004). ハイドレートリッジ：地表付近のガスハイドレートからのメタンを燃料とする微生物生命研究のための天然の実験室.化学地質学, 205 (3), 291-310.
  10. ^ Teichert, BM, Bohrmann, G., & Suess, E. (2005). ハイドレートリッジのケモヘルムス ― 微生物を介した特異な炭酸塩堆積物が水柱に堆積する.古地理学・古気候学・古生態学, 227 (1), 67-85.
  11. ^ Teichert, BMA, Eisenhauer, A., Bohrmann, G., Haase-Schramm, A., Bock, B., & Linke, P. (2003). カスケード山脈ハイドレート海嶺産自生炭酸塩のU/Th系統学と年代：流体流動変動の記録. Geochimica et Cosmochimica Acta , 67 (20), 3845-3857.
  12. ^ a b c Daigle, H., Bangs, N., & Dugan, B. (2011). メタンハイドレート海嶺における過渡的水圧破砕とガス放出：ハイドレート海嶺南部の事例研究.地球化学、地球物理学、地球システム、12 (12), N/a.
  13. ^ Katz, ME, BS Cramer, GS Mountain, S. Katz, KG Miller (2001), 「ボトルの栓を抜く：暁新世/始新世の温暖極大期メタン放出の引き金となったのは何か？」, Paleoceanography , 16(6), 549–562, doi : 10.1029/2000PA000615
  14. ^ Bralower, T., & Bice, D. (nd). 古代の気候イベント：暁新世始新世温暖極大期. 2018年10月13日閲覧, https://www.e-education.psu.edu/earth103/node/639
  15. ^ Philip, B., Kelley, D., Solomon, E., & Delaney, J. (2016). OOIケーブルアレイ音響ドップラー流速プロファイラーを用いたサザンハイドレートリッジにおけるメタン放出量のモニタリング. OCEANS 2016 MTS/IEEE Monterey, 1-5.
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