海底熱水噴出孔模擬装置を用いた化学および微生物解析と数学モデル構築

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これまでの多くの研究者の研究から熱水噴出孔周辺には独立栄養化学合成細菌に依存した生態系が成立していることが明らかとなって来ている。しかし、得られる研究試料が限られていること、深海底現場での「実験」がほとんど不可能なことから多くの限界に遭遇している。そこで、代表研究者は既に海底熱水噴出孔を模擬する装置を作成した。装置は500気圧に耐圧で、3つの槽を持っている。熱水反応槽(最高500℃)で岩石と海水を反応させ噴出熱水を作成する。それを低温海水槽に噴出させることで熱水と海水混合状態を模擬iする。あるいは培養槽中で海底面下での熱水混合過程を模擬する。本研究計画では、海底熱水噴出孔模擬装置を用いて、化学反応を行い、その数学モデル構築を課題として研究を進めた。まず、純水を用いて海底熱水反応模擬装置の運転を行った。装置を通過した超純水のイオン成分をICP-MS(誘導結合プラズマ型質量分析装置)を用いて解析したところ、各種イオンはほとんど検出されず、装置から金属イオンが溶出することは見られなかった。また、人工海水を用いて運転を行った場合には、装置へ導入した人工海水と装置通過後の液体の大きな組成変化は見られず、人工海水も装置との反応を起こさないことを確認した。次いで熱水反応槽に玄武岩を粒状にした物を充填して、人工海水を用いて運転をおこなった。その結果、装置を通過した海水で、Ba、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn等のイオンの玄武岩からの溶出とpHの低下が測定された。この結果とその数学的解析結果は、論文に発表した。当初の計画に加え、南部マリアナトラフ海底熱水噴出孔チムニーサンプルの解析を行った。チムニーから増幅した遺伝子クローンを解析した結果、ユーリアーキオータとクレンアーキオータに属する古細菌が検出された。また、真正細菌として硫酸還元菌や熱水活動域で良く検出される種が主に検出された。