南ハイドレート山脈

オレゴン州沖約90kmに位置するサザンハイドレートリッジは、ハイドレートリッジの南部に位置する活発なメタン湧出地域です。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リッジは、有人潜水艦アルビンによる多数の潜水艇による潜水、カナダのROV ROPOS、ジェイソン（米国国立深海潜水艇施設）、ティブロン（MBARI）を含む多数のロボット車両による広範囲にわたる訪問、およびメタンの地下分布の変化を記録した時系列の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種類の機器が光速で365日24時間ライブデータを陸上にストリーミングしているほか、ケーブル接続されていない機器も含まれています。

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堆積物の起源に関する制約が与えられている。ハイドレート海嶺は、カスケード海嶺に沿った断層が海側から陸側に移行する地域にある。この断層の再配向は、この活発な付加体縁部における堆積物の付加から沈み込みへの移行に対応している。海側に向く逆断層は、山頂下約7kmまで広がる海嶺変形前線を特徴づける。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

粘土を多く含む堆積物がサザンハイドレートリッジで発見されています。これらの堆積物は更新世から完新世のもので、平均して29% のスメクタイト、31% のイライト、40% (緑泥石+カオリナイト) で構成されています。更新世 - 完新世の地層の下には、後期鮮新世- 前期更新世の付加物があり、38% のスメクタイト、27% のイライト、35% (緑泥石 + カオリナイト) で構成されています。堆積物の下には、粗粒のタービダイトの厚い透水性帯があります。

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。

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、その上にある北米プレートに沈み込む。

沈み込んだ堆積物が上部プレート上に堆積する現象。^[4]

堆積物の連続的な二重化と下層堆積により、隆起による堆積物の厚みが増しています。さらに、この地域の圧縮と脱水により、局所的な間隙水圧が増加しています。

メタン氷サザンハイドレートリッジ

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、まれ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、堆積物の孔隙圧と温度によって制御される地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、堆積物の孔隙内で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、メタン氷が豊富な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、地震画像化技術を使用して RHSZ の深さを検出できます。^[4]

微生物による炭酸塩形成

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と関連している。これらの炭酸塩鉱床は、硫化物酸化細菌、ムール貝、ハマグリ、巻貝、チューブワームなどの地元の化学合成コミュニティと関連している（チューブワームはサザンハイドレートリッジでは観察されていない）。^[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湿原が形成される可能性がある。^[10]サザンハイドレートリッジには、主な湧出地点を縁取る自生炭酸塩玉石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鉱床がある。ピナクルの炭酸塩物質のウラン-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

メタンの放出には、メタン氷が分解するにつれてメタンがメタン湧出孔から液体とガスの形で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、海底の温度と圧力の変化によってメタン氷が不安定になり、液体とガスに分解される可能性がある。^[7]

サザンハイドレートリッジのメタンの噴出は、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^{[3]である。}^{[12]このエリアは複数の噴出地点があることが特徴で、これは異なる}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、局所的な噴出率は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]この地点の新しい計測機器には、ブレーメン大学が開発したケーブル式マルチビームソナーシステムなどがあり、現在ではサザンハイドレートリッジの湧出エリア全体を2時間ごとにスキャンして画像化している。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洞察を提供しています。

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年にハイドレートリッジでメタンの湧出と新しい微生物および大型動物が発見されて以来、ハイドレートリッジ南部は大規模な研究地となっている。 ^[4]現在、この地はOOI地域ケーブルアレイの研究地の1つとなっている。^[2]多様な機器を含むインフラストラクチャが設置され、2014年に完全に稼働した。現在このサイトにあるセンサーには以下が含まれる。^[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、音響信号を使用して、その地域の水流プロファイルの流速を測定します。この機器は、熱、質量、運動量の局所的な流れを理解するためにOOIによって設置されています。^[2]このようなアプリケーションの例としては、時間の経過に伴う気泡プルームの進化の研究があります。^[15]
デジタルスチルカメラは、海底の形態や生物の変化、およびメタン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するかを理解するために重要です。
質量分析計は、溶存ガス濃度を測定します。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規模の地震活動を検出します。サザンハイドレートリッジには現在、加速器付きの広帯域地震計 1 台と、短周期地震計 3 台 (地下の亀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イベントの調査用) があります。
「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、浸透箇所から出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と硫化物の流入量を決定する上で重要です。

参考文献

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