深海地震が南極海の植物プランクトンの大量発生を促進していることが研究で判明

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スタンフォード大学の研究者らは、深海底地震が海面での大量の植物プランクトンの増殖を促す可能性があるという証拠を発見した。

植物プランクトンは、海洋上層に浮遊し、海洋食物連鎖の基礎として機能する微細な植物のような生物です。彼らはまた、空気から取り出した二酸化炭素を貯蔵し、地球に大量の酸素を供給します。

上に構築する 2019年の発見 熱水噴出孔と呼ばれる水中温泉からの鉄分が、南極周辺の広大な南極海で植物プランクトンのブルームを促進しているという研究結果に基づき、研究著者らは、なぜ特定のブルームの生産性が年ごとにこれほど劇的に変化するのかを解明しようと試みた。生産性とは、藻類が光、二酸化炭素、栄養素をバイオマスに変換する速度を指し、生産性が高いほど、より高密度で広範囲にわたるブルームが生成されます。

「このブルームの衛星観測を振り返ってみると、カリフォルニア州ほどの大きさ、あるいはデラウェア州ほどの大きさまで膨れ上がっているのが分かりました」と、研究主任著者のケイシー・シャイン氏は語った。 ケビン・アリゴ で スタンフォード・ドーア・スクール・オブ・サステナビリティ 現在はミドルベリー大学の博士研究員です。 「私たちの研究は最終的に、この毎年発生する植物プランクトンの規模を制御する主な要因は、過去数か月間の地震活動の量であることを示しました。」

研究者らは地震記録を検討し、地震活動の増加により熱水噴出孔から余分な鉄と加熱された流体が放出され、その鉄が地表水に容易に到達する可能性があるという理論を検証した。彼らは、地震の記録が確かにブルームパターンと強く重なっていることを発見した。

「これは、海底での地震活動と地表での植物プランクトンの成長との直接的な関係を記録した初めての研究です」と、研究の上級著者であり、ドーア持続可能性大学院のドナルド＆ドナルド・M・スティール教授であるアリゴ氏は述べた。

栄枯盛衰

この研究の起源は、2014 年の調査航海に遡ります。このとき、Schine 氏、Arrigo 氏らは、南極海のオーストラリア南極海嶺に沿って大量の植物プランクトンをサンプリングしました。このギザギザの隆起部は、世界中に広がる火山活動が活発な水中山脈である中央海嶺システムの一部で、ほとんど探索されていません。

この観察は、研究者らに、ブルームが確実に再発する一方で生産性が変動する原因を探るきっかけを与えた。海氷や海面温度の変化など、栄養塩の利用可能性に影響を与える他の要因は、ブルームの経年変化を完全には説明できませんでした。 「この変動を引き起こす可能性のあるより明白な要因を除外したとき、私たちは鉄の栄養源そのもの、つまり熱水噴出孔について考え始めました」とシャイン氏は語った。

これまでの研究では、地震がどのように噴出孔活動を促進するのかが実証されている。地面の揺れにより通気孔の内部配管が変化し、詰まった導管が開いて、加熱された流体が逃げる新しい経路にひびが入る可能性があります。地下のマグマの移動による温度の急上昇も、噴出孔からの放出を増加させ、噴出された流体に溶解した鉱物の化学的性質を変化させる可能性があります。

したがって、より多くの地震が発生すると、より多くの鉄が南極海に送り込まれる可能性があるとシャイン氏は提案した。この地域では鉄が植物プランクトンの制限栄養素であることが知られており、つまり供給が最も不足している必須栄養素であるため、金属が豊富なプルームが植物のような生物の繁栄を助けるだろうと考えられた。

「ケイシーは、熱水噴出孔付近での地震の回数が、植物プランクトンの成長を刺激する可能性のある微量金属の地表水への放出を制御しているのではないかという、私には突拍子もない考えを持っていたのです」とアリゴ氏は思い出した。 「私はそれは難しいと思いましたが、彼女に挑戦するように言いました。そして、彼女が正しかったことがわかりました。」

相関関係が確認された

彼女の地震仮説を検証するために、シャイン氏は研究の共著者で、当時地震活動とテクトニクスを研究していたスタンフォード地球物理学博士課程の学生だったジェンス・エリック・ルンド・スニー氏に連絡を取った。研究チームは、この地域の複数の地震観測所が捉えた地震の記録を調べた。

これらの測定値は、植物プランクトンの成長がピークとなる南半球の夏前の数か月間にマグニチュード 5 以上の地震が発生すると、最終的に開花する花がはるかに密集し、より実り豊かに成長することを示しました。

この研究ではまた、観測された時間スケールで生産に影響を与えるには、熱水鉄は地表のプランクトンに取り込まれるために数週間から数か月以内に約6,000フィートまで上昇する必要があることも判明した。熱水鉄が地表水に到達し、おそらく元の噴出源から数千マイル離れたところに到達するまでには10年以上かかるだろうというのが一般的な見方である。ベント流体を非常に早く、発生源のベントに非常に近づけて表面に浮上させる輸送プロセスは、継続的な研究の対象です。 2024年12月のオーストラリア南極海嶺への最近の遠征は、新たな洞察につながる可能性があります。

ローカルおよびグローバルな影響

新しい研究は、南極海のより複雑な生態学的状況を描いている。地震活動は、ペンギン、アザラシ、クジラなどの大型動物を支える甲殻類やオキアミの餌となる植物プランクトンに基づく食物網に重大な影響を与える可能性がある。

「南極大陸の周囲の海氷の向こう側にある植物プランクトンのブルームがクジラの重要な餌場であることはすでにわかっています。新しい研究では、ザトウクジラがブルームを訪れる様子さえ記録しています」とシャイン氏は語った。 「つまり、地震活動がブルームの生産性に役割を果たしているのではないかと考えられるようになり、この話にはさらなる展開がある可能性があります。」

植物プランクトンのブルームは大気から二酸化炭素を引き出すため、その成長を促進する要因を理解することは、科学者が将来海洋がどれだけの炭素を吸収するかを予測するモデルを改善するのに役立ちます。

しかし、熱水噴出孔が地震の影響をどの程度受け、世界中で開花に影響を与えているのかはまだわかっていない。 「世界中には、熱水噴出孔が微量金属を海に吐き出し、植物プランクトンの成長と炭素吸収の促進をサポートする可能性のある場所が他にもたくさんあります。残念ながら、これらの場所はサンプリングが難しく、その世界的な重要性についてはほとんど知られていません」とアリゴ氏は述べた。 「これらのシステムについて学べば学ぶほど、海洋が大気中の二酸化炭素を除去する能力についてよりよく理解できるようになるでしょう。」

アリゴ氏は、 スタンフォード ウッズ環境研究所。この研究は米国科学財団と NASA によって支援されました。

ジャーナル

自然地球科学

記事のタイトル

南極海での純一次生産量は地震で変調された熱水鉄の影響を受ける

記事の公開日

2025 年 12 月 9 日

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