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深層炭素観測所（DCO）は、地球における炭素の役割に関する理解を変革するために設計されたグローバルな研究プログラムです。DCOは、生物学者、物理学者、地球科学者、化学者を含む科学者のコミュニティであり、彼らの研究は複数の従来の学問分野の垣根を越えて、深層炭素科学という新しい統合分野を開発しています。この研究を補完するために、DCOのインフラストラクチャには、一般市民の参加と教育、オンラインおよびオフラインのコミュニティサポート、革新的なデータ管理、および新しい計測機器の開発が含まれます。[ 2 ]
2018年12月 、研究者らは、 10年間の深部炭素観測プロジェクトによると、地球上の細菌と古細菌の70%を含む、炭素量が最大230億トンにも及ぶ相当量の生命体が、海底下2.5km （1.6マイル）を含む、少なくとも地下4.8km （3.0マイル）の深さまで生息していると発表した。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
2007年、カーネギー研究所地球物理学研究所（ワシントンD.C.）の上級研究員であるロバート・ヘイゼンは、ニューヨークのセンチュリークラブで、地球上の生命の起源と、地球物理学的反応が地球上の生命の発展にどのような重要な役割を果たしたかについて講演を行った。ロックフェラー大学の教員であり、アルフレッド・P・スローン財団のプログラムディレクターでもあるジェシー・オーズベルは、その講演に出席し、後にヘイゼンの著書『創世記：生命の起源をめぐる科学的探求』を探し求めた。
2年間の計画と協力を経て、ヘイゼンと同僚は 2009年8月にディープカーボン観測所（DCO）を正式に立ち上げ、事務局はワシントンDCのカーネギー研究所地球物理学研究所に置かれた。ヘイゼンとオーズベルは、 2008年にディープカーボンサイクルワークショップに招待された100人以上の科学者からの意見を取り入れ、当初の構想を拡大した。地球上の生命の起源だけに焦点を当てるのではなく、地球に対する人類の理解を深めるためには、重要な元素である炭素が中心的な役割を果たす必要があるという立場を明確にした。[ 2 ]
深層炭素観測所の研究は、地球表面を超えた領域における地球規模の炭素循環を対象としています。高圧・高温下での有機合成、有機分子と鉱物間の複雑な相互作用を探求し、深部微生物生態系や石油地球化学における異常の野外観測を行い、下部地殻および上部マントルの炭素源と吸収源に関する理論モデルを構築しています。
深部炭素観測所は、貯蔵庫と物質の流れ、深部生命、深部エネルギー、極限物理学と化学というテーマに焦点を当てた4つの科学コミュニティを中心に構成されている。
貯蔵庫とフラックスコミュニティは、地球深部における炭素の貯蔵と輸送を研究しています。プレートテクトニクスの沈み込みと火山ガス放出は、地球深部への炭素フラックスと地球深部からの炭素フラックスの主要な手段ですが、これらのフラックスのプロセスと速度、および地球の歴史を通じたそれらの変動については、まだ十分に理解されていません。さらに、DCOによる原始コンドライト隕石の研究は、地球はコンドライトに比べて揮発性の高い元素が比較的少ないことを示していますが、DCOの研究では、マントルと核に大量の炭素貯蔵庫が隠されているかどうかをさらに調査しています。貯蔵庫とフラックスコミュニティのメンバーは、地球深部炭素脱ガスプロジェクトの一環として研究を行い、自然発生的なプロセスを通じて地球深部（核、マントル、地殻）から地表環境（生物圏、水圏、氷圏、大気など）に放出される炭素の量を定量化するための具体的な進歩を目指しています。
深層生命コミュニティは、地球の深層生命の極限的な限界と地球規模での広がりを記録し、地球深部生物圏の進化と機能的多様性、そして炭素循環との相互作用を探求しています。深層生命コミュニティは、ゲノム特性と生物地球化学的特性、そして深層炭素との相互作用に基づいて、海洋および大陸の深層微生物の豊富さと多様性を時間的・空間的にマッピングしています。
深海生命コミュニティは、生体分子と細胞のin situおよびin vitro評価を統合することにより、深海生命の生存、代謝、および繁殖に対する環境的限界を探求しています。得られたデータは、深海生命が炭素循環に及ぼす影響、および深海生物圏と地表世界との関係を研究する実験およびモデルに役立てられています。 [ 6 ]深海生命コミュニティのメンバーは、大陸および海洋の深層地下環境における微生物生命の多様性と分布を特定し、深海生物圏における微生物の進化と分散を支配するメカニズムを探求することを目的とした深海生命センサスの一環として研究を行っています。[ 7 ]
2018年12月 、研究者らは、 10年間の深部炭素観測プロジェクトによると、地球上の細菌と古細菌の70%を含む、炭素量が最大230億トンにも及ぶ相当量の生命体が、海底下2.5km （1.6マイル）を含む、少なくとも地下4.8km （3.0マイル）の深さまで生息していると発表した。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
ディープエネルギーコミュニティは、深層炭素から深層地質時代を通じて生成される還元炭素化合物の起源、形態、量、移動を制御する分子レベルから地球規模までの環境条件とプロセスを定量化することに専念しています。ディープエネルギーコミュニティは、 地球の地殻と最上部マントルにおける非生物ガスと有機種の起源、形態、量、移動を制御するプロセスを特定するために、世界的に代表的な約25の陸上および海洋環境のフィールドベースの調査を使用しています。ディープエネルギーはまた、DCOが支援する機器、特に革新的な同位体測定を使用して、世界の陸上および海洋フィールドサイトから採取された非生物および生物のメタンガスと有機種を区別しています。ディープエネルギーのもう1つの研究活動は、温度、圧力、流体および固体の組成の関数として、非生物水素と有機化合物を生成する流体-岩石相互作用のメカニズムと速度を定量化することです。[ 8 ]
一連のワークショップの結果、DCO は極限条件下における炭素の物理と化学を調査するための追加の科学コミュニティを立ち上げました。極限物理化学コミュニティの包括的な目標は、地球や他の惑星の深部内部に見られるような極限条件下における炭素の物理的および化学的挙動の理解を深めることです。極限物理化学の研究では、炭素含有システムの熱力学、深部炭素化学プロセスの化学反応速度論、高圧生物学および生物物理学、水溶液の物理的性質、高圧および高温下における炭素とその化合物の理論的モデリング、および極限条件下における固体と流体の相互作用を探求します。極限物理化学コミュニティはまた、地球および惑星内部における可能性のある新しい炭素含有物質を特定し、これらの物質の特性を明らかにし、地球および惑星内部に関連する条件下での反応を特定することを目指しています。[ 9 ]
DCOは2020年の完成に向けて、研究コミュニティによる発見を地球上の炭素の包括的なモデルや、科学コミュニティと一般大衆の両方を対象とした他のモデルや製品に統合している。[ 10 ]
これまでの研究成果の主な内容は以下のとおりです。
『地球の炭素』は、 Reviews in Mineralogy and Geochemistry ( RiMG )の第 75巻です。2013年3 月 11 日にオープン アクセス出版物として公開されました。『地球の炭素』の各章では、深部炭素について知られていることをまとめ、また、今後の DCO 研究を導く未解決の疑問点も概説しています。[ 19 ]深部炭素観測所はオープン アクセス出版を奨励しており、この点で地球科学のリーダーとなるよう努めています。DCO の資金は、オープン アクセス出版の費用を賄うために使用できます。[ 20 ]
データ生成技術の最近の進歩により、データはますます複雑化しています。同時に、科学および工学分野は、複雑なシステムのダイナミクスをよりよく理解しモデル化するという究極の目的のために、急速にデータ駆動型になっています。しかし、複雑なデータには、複数のスケールにわたる情報と知識の統合と、従来の学問分野の境界を越えた統合が必要です。過去 5 年間のデータ サイエンスと情報学の手法、ツール、アプリケーションの著しい進歩により、現在では、複数の学問分野および学際的な問題領域に適用できます。これらの課題を考慮すると、各 DCO 研究コミュニティは、包括的な目標と日々のタスクの両方を達成するために、多様なデータ サイエンスとデータ管理のニーズに直面していることは明らかです。ディープ カーボン観測所データ サイエンス チームは、情報学の手法、ユース ケース開発、要件分析、インベントリ、インタビューを組み合わせて、各 DCO プログラムおよび DCO 全体のデータ サイエンスとデータ管理のニーズに対応しています。[ 21 ]
深層炭素観測所に関わっている科学者の一部リスト：
2020年4月11日、オーストラリア放送協会のサイエンスショーは、DCOに関する37分間のラジオドキュメンタリーを放送した。 [ 22 ]
オープンアクセス出版物
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