エンデバー熱水噴出孔

エンデバー熱水噴出孔海洋保護区
エンデバー熱水噴出孔の 360 °C の黒煙突の一部
カナダ、ブリティッシュコロンビア州バンクーバー島沖
位置	フアン・デ・フカ・リッジ ブリティッシュコロンビア州、カナダ
座標	47°57′N 129°06′W / 47.950°N 129.100°W / 47.950; -129.100 (エンデバー熱水噴出孔)
エリア	97 km 2 (37平方マイル) [1]
指定	海洋保護区
指定された	2003年3月
統治機関	カナダ水産海洋省

エンデバー熱水噴出孔（エンデバー主噴出孔、MEF、EHVとも呼ばれる）は、北東太平洋の熱水噴出孔群で、カナダのブリティッシュコロンビア州バンクーバー島の南西260キロメートル（160マイル）に位置しています。^{[2]この噴出孔は、}ファンデフカ海嶺のエンデバー北部セグメントの海抜2,250メートル（7,380フィート）にあります。1982年、小型チューブワームで覆われた地域から浚渫された硫化物サンプルが回収され、1984年8月に噴出孔フィールドに戻り、クルーズAII-112の第10区間で有人探査機アルビンによって活発な噴出孔フィールドが確認されました。^{[3] [4] [5]}

エンデバー熱水噴出孔内の温度は、いくつかの噴出孔がわずか数メートルしか離れていないにもかかわらず、深さによって異なっています。これは、その地域に生息するさまざまな微生物や無脊椎動物にも影響を及ぼします。EHV 地域の規模を最もよく把握するために、自律走行車が配備され、その地域を調査し、ケーブル システムが設置され、より適切な管理方法が講じられるようになりました。エンデバー熱水噴出孔の保護地域は、ファン デ フカ プレートの尾根に位置し、設定された区域は 100 km ² (39 平方マイル) です。^[6]

この噴出孔場はカナダの管轄下にあり、カナダ海洋保護区に指定されています。

ファンデフカ海嶺のエンデバーセクションは長さ約90kmで、年間6cmの速度で広がっています。^[7]海嶺に沿って、ストックワークを含む6つの主要な火道があり、15km（9.3マイル）の海嶺セクションにわたって800以上の煙突が記録されています。^{[8]このセクションの他の火道には、ハイライズ、モスラ、ソルティドッグ、サスカッチ、ストックワークがあります。すべての場所は}玄武岩に含まれています。

MEFは拡大軸の西側、水深約2,200メートル（7,200フィート）の深さに位置しています。^[9]火道場の鉱物学では、主に鉄と亜鉛の金属硫化物が占めています。主な硫化物相は、黄鉄鉱、黄銅鉱、ウルツ鉱、白鉄鉱です。^[3] MEFには、かなりの数の活動していない煙突があり、少なくとも2,300年間活動していたと推定されています。^{[9]この火道場内には、16の命名された火道サイトがあります（} InterRidgeによる集計）。^[4]これらのサイトは、バスティーユ、クリプト、ダンテ、ダドリー、イースター島、グロット、ハルク、ロボ、ミリQ、ピーナッツ、パファー、サリュー、スモーク＆ミラーズ、サリー、TP、ケベックです。

エンデバーセグメントは地殻変動が活発で、MEFの発見以来、多くの地殻変動イベントが報告されている。^{[10] 1999年に}SOSUSによって検出されたような岩脈形成などの地殻変動イベントは、フィールド全体の噴出孔の地球化学を劇的に変化させた。2005年に別の岩脈形成イベントが検出されました。これらのイベントの後、MEFの熱水活動は衰えており、ミリQなどのいくつかの噴出孔は消滅したことが確認されている。^[7]

熱水噴出孔は、円筒形の煙突構造として見られることがあります。噴出孔の流体に溶解した鉱物が、噴出孔の全体的な構造を形成します。これは、過熱された水がほぼ凍結した海水と接触すると、鉱物が沈殿して粒子を生成し、煙突の高さを増すためです。これにより、煙突の構造が最大60メートルまで成長することがあります。^[11]地震観測されたマグマレンズの上にある軸グラベンとグラベンの縁付近のみが熱水活動を示しています。メインエンデバーは過去4,300年間にほとんど火山活動を示しておらず、そのため、休眠中の煙突は他の山頂のように埋もれていません。^[12]

この地域の熱水噴出孔には、高さ20メートル（66フィート）以上の黒煙突と白煙突もある。黒煙突は硫化鉄の堆積物から形成されるため黒い煙を排出するが、白煙突にはバリウム、カルシウム、ケイ素が含まれており、より明るい色の煙を排出する。^[13]

エンデバー熱水噴出孔の熱は、軸に沿った地殻の伝導冷却と、噴出孔の下にあるマグマ源によって供給されます。海水は拡散または亀裂を通じて地殻に浸透し、深部で暖められ、その後、噴出孔で加熱されて再び上昇します。[ 8 ^]この加熱された水は、この環境で化学合成独立栄養生物が繁栄するためのエネルギーと栄養素を供給します。 ^[14]

深海底の上と下では、地球規模の海嶺システムにつながる熱水噴出孔によって、大規模で複雑な生態系が支えられています。深海噴出孔からの流体は、多様な化学組成を持ち、鉄、銅、カルシウム、ケイ素、亜鉛などの金属硫化物や半金属が豊富に含まれています。^[15]熱い熱水が冷えて冷たい海水と混合すると、海底に熱水噴出孔堆積物が形成されます。噴出孔に保存されている主要な硫化物および硫酸塩鉱物の中で、重晶石(BaSO 4) は、沈殿には Ba が豊富な熱水と硫酸塩が豊富な海水が直接混合する必要があるという点で独特です。重晶石結晶は溶解度が極めて低いため、形成条件に関連する地球化学的特徴を保持しています。^[16]

報告されている噴出孔温度は402℃（756℉）であり、この油田の下の流体内で相分離が起こっていると推測されている。 ^{[4] [10]}塩水相と蒸気相の異なる比率は、バスティーユやダンテなどの場所での地球化学を特徴付けるために使用されてきた。^[10]高温により金属が溶解したままになるため、特徴的な黒煙の煙突が形成される。標的を絞った高温（350℃）の噴出と拡散した低温（10～25℃）の噴出を組み合わせることで、メインエンデバー油田だけで合計650±100メガワット（MW）の熱流束が発生する。熱、粒子、化学の異常によると、噴出孔の煙は海底から50～350メートル上空、中性浮力のレベルまで上昇する。尾根の頂上より上に上がる噴煙は周囲の流れとともに自由に漂うが、噴煙の深部は谷の中に閉じ込められたままになる可能性がある。^[17]

エンデバー熱水噴出孔の環境は、わずか数メートル離れた場所でも 300 °C から 2 °C までの温度差が激しい。酸性度の上昇、二酸化炭素(CO ₂ )、硫化物、無酸素状態、金属イオンなどのストレス要因は、流体噴出孔の極端な状況のほんの一例にすぎない。熱水噴出孔は、噴出孔流体の乱流性のため、通常、安定した生息地を維持できるとは考えられていない。しかし、研究者らは、4 月に 40 °C まで気温が急上昇する以外は、年間の大半は噴出孔が安定していることを発見した。これほど高い気温はそこに生息する生物にとって致命的となる可能性があるが、生息地は好ましい気温よりはるかに低い気温でも安定している可能性がある。研究者らは、噴出孔の動物は気温の急激な変化に適応しており、そのためこれらの噴出孔内または付近で生息できると理論づけている。^[18]

熱水噴出孔は中央海嶺に位置し、豊富な生物が存在し、高い生物多様性と生産性を誇ります。これらは多くの固有の動物種の生息地となっています。 [ 19 ^]研究者らは、ファンデフカ海嶺のエンデバーセグメントに、ウミグモ（Sericosura venticola）など、世界の他のどこにも存在しない12種の固有種を特定しました。この固有種は現在、絶滅危惧種に分類されており、絶滅の危機に瀕しています。^[20]イシイルカ、マッコウクジラ、カマイルカ、オサガメ、キタゾウアザラシなど、多くの海洋哺乳類も、噴出孔のある海域で目撃されています。^[21]熱水噴出孔システムの生物は、微生物から無脊椎動物まで多岐にわたり、それぞれが互いに役割を果たしています。^{[22] [23] [24]}この場所の硫化物に宿る微生物は121℃までの環境で生存することができ、これは生命の上限温度の記録である。^{[8] [25]}

マイクロバイオームの個体群は、主にプロテオバクテリアと古細菌で構成されている。しかし、古細菌の多様性は限られており、この地域では12の系統型しか検出されていない。その他はすべてクローンであると特定されており、最も一般的なクローンはデスルフォコッカスである。この環境に存在する微生物の多くは、硫黄酸化または硫黄還元代謝のいずれかを持っているため、これらの地域では硫黄循環の可能性がある。^[22]微生物バイオマスの量が多いため、噴出孔フィールドはウイルスのホットスポットになっている。^{[26]研究者らは、高流量領域では}硫黄および水素酸化細菌が優勢であり、低流量領域では従属栄養細菌が優勢であることを発見した。^[23] イプシロンプロテオバクテリアはMEFのいくつかの場所で優勢な細菌であり、窒素固定に関連する遺伝子が特定されている。^[7]

これらの地域で見つかる主な無脊椎動物はチューブワーム（Ridgeia piscesae）で、噴出口近くの水流が多い場所では「短く太った」形態をしており、噴出口から離れた水流が少ない場所では「長く細い」形態をしています。^[23]記録されている優勢な無脊椎動物種は、クモガニ（Macroregonia macrochira）、硫化物ワーム（Paralvinella sulfincola）、カサガイ（Lepetodrilus）、ポリノイドスケールワーム、およびパームワーム（Paralvinellae palmiformis）で、 Alvinellidae科に属しています。^[18]さらに、エンデバー号の噴出口フィールドの深部には太陽光が届かないため、共生する噴出口細菌が化学合成プロセスを通じてそこに生息する動物に栄養を供給しています。 ^{[27] [28]}

エンデバー熱水噴出孔域は海洋保護区（MPA）の保護下にあり、その多様でユニークな生物学的環境のため、海洋法^{に基づいて2003年に設立されました。 [6]}これらの規制により、噴出孔システムに危害を及ぼす活動は禁止されています。ソルティ・ドッグ、ハイ・ライズ、メイン・エンデバー、モスラの熱水噴出孔域は、1991年に地図が作成された後、4つの異なるサブフィールドに分割されました。5番目の噴出孔域であるサスカッチは、その後2000年に発見され、ソルティ・ドッグのすぐ北に位置しています。^[29]これらの噴出孔域のうち、モスラとメイン・エンデバーは、他の3つと比較してより多くの研究が行われてきました。一方、ソルティ・ドッグとハイ・ライズは最も厳重な予防措置が取られているとされており、フィールドで行うことができる観察と活動の数が制限されています。最後に残ったサスカッチの噴出口と、その地域の他の小さな噴出口は、まだ管理計画に含まれていません。^[6]噴出口は2003年から海洋保護区に指定されていますが、このフィールドの管理計画は2010年にようやく制定されました。管理計画は、「予防的アプローチ、生態系に基づくアプローチ、適応的管理、および協力」を使用して、4つの特定の研究分野に焦点を当てています。^[29]

無人遠隔操作車両MBARI AUV D. Allan B. ^[30]と他の自律型水中車両（AUV）は、合計572の熱水硫化物煙突があることを明らかにしたが、そのうち尾根の14キロメートル（8.7マイル）のセグメント内で現在活動していることがわかっているのは47のみである。この研究の主なデータは、MBARI AUV D. Allan B . ^{[12]を使用して取得された。}

2000年代初頭、地理的不安定性のため、エンデバー熱水噴出孔システム（EHV）を海洋保護区に指定するための協議やワークショップが数多く開催されました。この間、バンクーバー島の中央地域委員会もそのプロセスに参加しました。中央地域委員会は、ヌーチャヌル族の先住民族の首長全員と地方自治体および地域政府の代表者で構成されていました。委員会から異議はありませんでした。中央地域委員会への指定前のプレゼンテーションによると、EHV海洋保護区には先住民族の実質的な利益はありません。ただし、この地域はヌーチャヌル族部族評議会（NTC）条約請求の意図表明地域内にあるため、NTCは将来的に海洋保護区の管理に関心を持つ可能性があります。^[6]

この地域は海洋保護区法の保護下にあるため、現在そこに生息する種に危害を与え、熱水噴出孔系に損傷を与える可能性があるため、この地域でのいかなる形態の深海採掘も禁止されています。この地域は、採掘が行われる前から海洋保護区法の下にありました。しかし、海洋保護区であるにもかかわらず、カナダ政府は漁船や通常の日常的な交通がこの海域を通過するのを防ぐことはできません。これは、船舶による汚染、油流出、およびそれらに伴う騒音に関連するリスクがあるため、問題を引き起こします。 ^{[31]この地域内で海洋保護区規則に違反すると、問題に応じて}海洋法または漁業法の下で罰せられる可能性があります。^[6]

カナダは1987年以来、北太平洋時系列水中実験（NEPTUNE ）と呼ばれるケーブル観測所を活用している。NEPTUNEは、海洋ネットワークカナダ（ONC）が国立科学財団の海洋観測イニシアチブ（OOI）と共同で設立した。^{[8] [28]}米国は、アキシャル海山に地域ケーブルアレイと呼ばれる姉妹ケーブル観測所を設置した。

2011年に設立され、グロットサイトに設置されたNEPTUNEノードを通じてMEFのリアルタイム監視が可能になりました。^[28]これにより、温度などの科学的パラメータを継続的に収集できます。2017年にノードのメンテナンスが行われ、追加のカメラと現場地球化学センサーを追加する大規模な拡張が開始されました。

観測・研究されている噴出孔は5つあるが、NEPTUNEケーブル観測所はモスラからメインエンデバー噴出孔までしか伸びていない。^[12]さらに、メインエンデバー噴出孔のリアルタイムケーブルシステムは、NEPTUNEの一環として2010年にオーシャンネットワークカナダ（ONC）によって設置され、リアルタイム観測は2011年から継続されている。このケーブルの設置は、より良い研究機会とMPA管理を行えるようにするために設置された。^[32]

エンデバー号の熱水噴出孔では、次のような重要な科学的発見がいくつか行われました。

• 1982年: ファン・デ・フカ海嶺で最初の火口が発見される
• 1984年: 最初の大規模な海底鉱床の探査
• 1989年: 熱放射を発する噴出口の発見。熱放射は噴出口から350℃以上の高温流体が噴出することによって発生します。
• 1990年: 地球上で最も高い中性水温の発見
• 1991年: 水中ロボット車両が初めて大規模に使用
• 2000年：5番目の噴出孔の発見、サスカッチ^[29]
• 2008年-2011年：この地域で572本の煙突が発見される^[12]
• 生命の上限温度（121℃）の記録を保持する生物の発見^{[8] [25]}
• 熱水プルームが動物プランクトンの 集合体を大幅に増加させた地域であったことを示す最初の証拠
• 熱水プルームに関連するバイオマスフラックスの初の測定

今日でも、エンデバー号熱水噴出孔は生物学者、地質学者、物理学者、微生物学者、海洋学者などの科学者が新たな発見を求めて集まる場所であり続けています。 ^[33]

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• MPA 規制については、エンデバー熱水噴出孔海洋保護区規制に記載されています。