심해 시추는 케이프 무 로토 해안에서 수중 실시간 바카라권의 현실과 온도 한계를 보여줍니다

국가 연구 및 개발 기관 (Matsunaga Kore 회장) 맨틀 드릴링 프로모션 사무소, 연구 플랫폼 운영 개발 부서, Morono Yuki, Kochi Core Research Institute의 지구 미실시간 바카라학 연구 그룹의 최고 연구원 인 Morono Yuki는 Bremen University, Rhode Island University 및 Kochi University (Kochi Mochi)와 공동으로, Seachi and lement ranged and the the the ranged ranged and the the the the earth and the Seachi와 공동으로 공동으로 보입니다 17 ° C) Kochi Prefecture의 Muroto Cape에서 Nankai Trough Subduction Zone의 끝에서 17 ° C)까지 120 ° C코어 샘플(※ 1)은 수집되었으며 잠수함 환경에 살고있는 미실시간 바카라의 분포, 기공 수의 화학 성분, 물리적 특성 및 퇴적물 온도에 대한 상세한 분석 결과적으로, 케이프 무 로토 해안의 지질 환경과 온도 조건에 따라 다르면 수중 실시간 바카라권의 실제 상태와 한계가 밝혀졌습니다

이전의 연구에 따르면 지질 학적 시간 규모에 형성된 해저 퇴적물은 배양되지 않은 고유종 미실시간 바카라이있는 것으로 나타났습니다 이러한 미실시간 바카라 활성은 해수에 묻힌 유기물의 분해 및 메탄 수화물의 형성과 같은 글로벌 재료 순환에서 중요한 역할을하는 것으로 생각된다 그러나 실시간 바카라권이 해저 아래에서 얼마나 깊이 확장되는지, 어떤 환경 적 요인 이이 한계를 지배하는 것과 같은 근본적인 의문은 불분명했습니다

2016 년 과학적 질문을 풀기위한 목표국제 심해 과학 시추 계획(IODP, *2) 370 번째 연구 항해, "Muroto-Off Limit Biosphere Excavation Survey : T-Limit"은 현재 심해 탐사 선박 "Chikyu"Kochi Core Center(※ 3)을 사용하여 수행되었습니다 결과적으로, 퇴적물 이상의 저온 온도 환경에 사는 미실시간 바카라 세포의 밀도는 온도 (깊이)가 증가함에 따라 감소하고 45 ° C 이상, 1 cm³세포가 세포 당 100 세포 이하로 감소하는 것으로 밝혀졌다 또한 40-45 ° C의 깊이 섹션 및 75-90 ° C의 깊이 섹션의 경우,endospore(※ 4)의 밀도가 국부적으로 증가하는 현상이 관찰되었다 반면, 45 ° C 이상의 고온 환경에서플레이트 경계 결함(※ 5) 바닥의 90-100 ° C의 환경에는 미실시간 바카라 세포가 감지되지 않은 깊이 섹션이 있으며, 미실시간 바카라이 미실시간 바카라에 의해 소비되지 않기 때문에 고농도의 아세트산이 존재한다는 것이 밝혀졌습니다 또한, 110-120 ° C의 퇴적물-기본 암석 경계 면적은, 그보다 더 깊은 것보다 더 깊어, 아세트산으로부터의 메탄 생산을 나타내는 화학 성분 농도 및 탄소 동위 원소 조성물의 변화와 세포 밀도의 증가와 같은 고열 성 미실시간 바카라의 존재를 나타내는 몇 가지 특성

이 연구에서 얻은 결과는 현장의 온도, 영양소 및 에너지 조건뿐만 아니라 Cape Muroto의 Nankai 트로프 하위 섭취 구역의 끝에서 지질 및 유체 전달 과정이 심해 해저 환경에서의 삶의 거주성에 중요한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다 또한, 수명 신호는 여전히 120 ° C까지 퇴적물-기본 암석 경계에서 해양 판의 섭입 구역에서 여전히 감지되었으며, 실시간 바카라권 확산 가능성과 지구의 행성의 한계가 바다 판이 가라 앉는 곳을 넘어 서식지 (해양 빵 껍질과 상단 맨틀)까지 확장되어 세탁소 아래에 확장된다는 것을 시사합니다

이 연구는 과학의 최첨단 연구 인프라 프로젝트, 최첨단 및 차세대 연구 및 개발 지원 프로그램 (GR102), 과학 연구를위한 보조금 자금 조달 (JP26251041, JP19H05503, JP19H20429), JP19H22030), JP19H00030)의 지원을 통해 수행되었습니다 연구 홍보 (DFG), 미국 국립 과학 재단 (NSF), 영국 자연 환경 연구 (NERC) 및 Alfred P Sloan Foundation (Deep Carbon Observatory)

이 결과는 12 월 4 일 (일본 시간)에 AAAS (American Association of Science)에 의해 출판 된 Science Journal Science의 온라인 판에 출판 될 것입니다

제목 : Nankai Trough Subduction Zone의 깊은 해저 수명에 대한 온도 제한

저자 : Verena B Heuer^1*, Inagaki fumio^2*, Morono Yuki^2*, Kubo Yusuke², Arthur J Spivack³, Bernhard Viewweger¹, Tina Treude⁴, Felix Beulig⁵, Florence Schubotz¹, Fujiuchi Tomoshi⁶, Stephen A Bowden⁷, 마가렛 크람⁸, Susann Henkel⁹, Hirose Takehiro², Kira Homola³, Hoshino Tatsuhiko², Ijiri Akira², Imachi Hiroyuki², Kamiya Nana¹⁰, Kaneko Masaki¹¹, Lorenzo Lagostina¹², Hayley Manners¹³, Harry-Luke McClelland¹⁴, Kyle Metcalfe¹⁵, Okutsu Natsumi¹⁶, 도널드 팬², Maija J Raudseppp¹⁷, Justine Sauvage³, Man-Yin Tsang¹⁸, David T Wang¹⁹, Emily Whitaker²⁰, Yamamoto Yugen²¹, Kiho Yang²², Maeda Rena², Rishi R Adhikari¹, Clemens Glombitza¹², Hamada Yohei², Jens Kallmeyer²³, Jenny Wendt¹, Lars Wörmer¹, Yamada Yasuhiro², Kinoshita Masataka¹⁶, Kai-Uwe Hinrichs^{1 †}

제휴 : 1 브레멘 대학교 (독일), 2 미국로드 아일랜드 대학교 (University of Rhode Island), 4 캘리포니아 주립 대학, 로스 앤젤레스 (Los Angeles), 5 Aarhus University (덴마크), 6 Kochi University, 7 Aberdeen University of Calger Instit Instit Instit Instit Instit Instit Instite Instite Instit 연구 (독일), 10 Nihon University (현재 교토 대학교), 11 국립 고급 산업 과학 기술 연구소, 12 스위스 연방 기술 연구소 (스위스), 13 Plymouth 대학교 (UK), 14 Washington St Louis (USA), 15 캘리포니아 대학 (USA), 16 Toyo National Institute, 17, Queensland (오스트레일리아) (캐나다), 19 미국 매사추세츠 공과 대학 (미국), 20 Texas A & M University (미국), 21 국립 해양 연구 개발 연구소 (현재 고베 대학교), 22 연령 대학 (한국), 23 GFZ Helmholtz Center Potsdam (Germany)
(*이 저자들은이 연구에 동등하게 기여합니다^†책임있는 저자 )

11974_12079²⁹셀이라고 가정했습니다 해저 아래에는 알려지지 않은 특성을 가진 4 만 종의 미실시간 바카라이 있으며, 토양 토양과 해수에서 발견 된 것과 동일한 실시간 바카라 다양성을 가지고 있음이 밝혀졌습니다 (2020 년 10 월 20 일에보고) 이러한 해저 미실시간 바카라을 구성하는 탄소는 지구에 존재하는 모든 실시간 바카라의 탄소의 약 018-36%에 불과합니다 그러나 최근의 연구에 따르면 해저 하의 미실시간 바카라은 해저 하의 영양소와 에너지 조건에서도 1 억 년이 넘는 지질 학적 시간에서 생존하는 것으로 나타났습니다 (2020 년 7 월 29 일에보고) 현장에서 이러한 해저 미실시간 바카라의 대사 활성은 너무 약해서 단일 세포는 하루에 수십 개의 전자 만 사용합니다 따라서, 해저 하의 가혹한 저에너지 환경에 적응 한 미실시간 바카라은 생리 학적 및 대사 기능이 알려지지 않은 것으로 알려져 있으며, 이는 생명 기능을 유지하기 위해 최소 에너지를 얻는 동시에 지질 학적 시간 척도에서 생존 할 수있게 해줍니다 (2011 년 10 월 11 일보고)

일반적으로, 바다 퇴적물과 해양 지각 환경은 시간이 지남에 따라 온도가 증가한 것으로 알려져 있습니다 또한 지구상의 해저 퇴적물의 양 (30 x 10⁸km³)에서 40 ° C 미만의 퇴적물은 약 48% (14 × 10⁸km³) 40 ° C 이상의 온도를 가진 퇴적물과 거의 같은 비율로 생각됩니다 해저 하의 미실시간 바카라은 형성의 시변 온도에 어떻게 적응하고 분포합니까? 2012 년, 우리는 심해 탐사 용기 치키 우를 사용하여 2,466 미터의 시모키타 반도에서 하치노 헤 (Hachinohe)에서 해저를 발굴했으며, 63 ° C (2015 년 7 월 24 일보고) 시모키타 해저에서, 미실시간 바카라 세포 밀도의 갑작스런 감소는 대략 12-16km (온도 40-45 ° C)의 깊이에서 관찰되었으며, 해저 퇴적물에 사는 미실시간 바카라의 풍부함과 분포는 온도와 관련이 있으며, 이들의 대사 활동은 영양 및 에너지 공급에 의존한다는 사실을 가정했다

이러한 가설을 입증하기 위해 2016 년 9 월, IODP (International Deep Sea Science Excavation Plan) 연구 항해 (일반적으로 IODP)의 370 번째 국제 심해 과학 발굴 계획 (일반적으로 "T-Limit")은 Kochi C03의 Cape M03에서 160km 떨어진 국제 심해 과학 발굴 계획 (IODP)의 "T-Limit"으로 알려져 있습니다 깊이, 그림 1) (2016 년 9 월 5 일보고) 이 연구 항해의 조사 영역은 과거에 해양 과학 시추를 사용한 지질 학적 조사에 의해 수행되었으며, 약 12km 깊이의 지하실 암석의 온도는 약 120 ° C에 도달 할 것으로 예상되며, 이는 고기리 유성 미실시간 바카라의 온도 한계에 해당합니다 이 IODP 연구 항해 동안, 치키에 의해 추출 된 코어 샘플은 선박에서 X- 선 CT 스캔으로 분석되었고, 선박에서 미실시간 바카라 분석을위한 핵심 샘플을 수집하고, 헬리콥터로 헬리콥터로 코치 코어 시티 (Kochi Prefture)로 운송되었다 (코치 프리 피트) 또한, 온도계는 시추 구멍 내의 여러 위치에 설치되었으며, 심해 측량 선박 Kairei와 Unmanned Spacecraft Kaikou를 사용하여 일본 해양 연구 및 개발 기관이 수행 한 심해 조사 (KR18-04) 동안 온도 데이터가 수집되었습니다

퇴적 코어 샘플의 "Chikyu"드릴링 및 측정 된 열 전도도 데이터에 의해 직접 측정 된 온도 데이터에 기초하여, 가장 깊은 시추공 (1180m 깊이)의 온도는 120 ± 3 ° C 인 것으로 나타났습니다 또한 2018 년에 실시 된 심해 조사는 Chikyuu가 설치 한 구멍의 온도 관찰에서 데이터를 수집 하여이 온도 데이터의 효과를 확인했습니다

해저 하에서 약 190-400m의 깊이 섹션에서 미실시간 바카라 세포의 밀도는 깊이와 온도가 증가함에 따라 감소하고 형광 염색에 의한 미실시간 바카라 세포 밀도의 정량 한계 (1 cm³14799에 따라 16 개의 세포 아래로 감소하는 것으로 관찰되었습니다 (그림 2A) 대조적으로, 박테리아 엔도 디포트 밀도는 400m 깊이에서 1cm로 증가합니다³단위당 20 만 단위에 도달했습니다 (그림 2b) 1cm³³그 수는 120 만에 도달했습니다 (그림 2b) 또한, 570-633m의 깊이, 70 ° C 근처 및 829-1021m, 90-110 ° C, 플레이트 경계 결함 아래에서 90-110 ° C, 정상 미실시간 바카라 세포 및 엔도 스포어가 검출되지 않은 비 생명 환경에 가까운 구역 그러나, 깊이 섹션 (1021-1180m, 110-120 ° C)의 경우 퇴적물-매개 암석 경계에서 1021m 이상의 정량화 한계 (1 cm³16 세포 15161_15223 | 세포 수 증가에 대한 경향이 관찰되었다 (도 2A)보다 더 많은 미실시간 바카라 세포가 검출되었다 (도 2A)

반면에, 황산염-메탄 경계 영역은 약 730m 깊이 및 약 80-85 ° C의 깊이에서 관찰되었으며, 여기서 퇴적물에서 퇴적물과 메탄으로 공급 된 황산의 농도는 교차되었습니다 (그림 3A) 이 깊이 위의 퇴적물에 대해서는미실시간 바카라 원산지 가스를 나타내는 광 탄소 동위 원소 비율(평균 -613 ± 30 ‰, *6)를 갖는 메탄이 존재하였고 (도 3B), 비교적 높은 메탄 생성 활성이 관찰되었다 (도 3D) 또한, 더 깊은 퇴적물에서, 중질 탄소 동위 원소 비를 갖는 저농도의 열분해 기원 메탄이 존재하였고, 메탄 생성 활성은 또한 매우 낮거나 검출 한계보다 낮았다 또한, 메탄의 국소적인 탄소 동위 원소는 80-85 ℃의 고온에서 퇴적물 환경에서 관찰되었다 (도 3B) 이것은 황산염 감소 등에 의해 메탄을 산화시키는 혐기성 메탄 산화 반응을 담당하는 미실시간 바카라 생태계가 있음을 시사한다

매우 흥미롭게도, 매우 흥미롭게도 600m ℃ 이상의 깊은 퇴적물에서 메탄 및 엔도 디포 밀도의 감소와 달리, 현상은 10 개의 MM에 해당하는 퇴적물에 대응하는 고농도에 대응하는 고농도에 대응하는 고농도에 포함 된 아세트산의 농도가 관찰되었다 600m) (도 3C) 600-1000m의 깊이에서, 아세트산 및 탄소 동위 원소 비율의 농도는 거의 일정 하였다 (평균 92 ± 24 mm, -188 ± 05 ‰) 이는 유기 물질의 분해에 의해 생성 된 아세트산의 양이 매우 작다는 것을 나타냅니다 (또는 미실시간 바카라에 의해 소비되지 않음) 그러나, 1030m 이상의 깊이에서, 아세트산의 농도는 아세트산의 농도가 증가함에 따라 감소하고, 아세트산의 탄소 동위 원소 비율은 -79 ‰만큼 무겁다 (도 3C) 이 현상은 미실시간 바카라이 100 ° C 이상의 고온에서 퇴적물-기본 암석 경계 면적의 황산과 접합 된 아세트산 산화 반응을 수행하여 에너지를 얻기 위해 광 탄소 동위 원소 비율로 아세트산을 소비하기 때문에 생각된다 (도 4)

위의 미실시간 바카라 학적, 지구 화학적 및 지질 학적 연구 데이터에 따르면 표면 퇴적물에 사는 많은 해저 미실시간 바카라은 온도에 민감하고 온도에서 온도 한계가 40-50 ° C 인 미실시간 바카라 미실시간 바카라 군집임을 보여 주었다 45-85 ° C 퇴적물에서 성장 온도의 상한을 갖는 저밀도 열성 미실시간 바카라은 퇴적물에 국소 적으로 존재하여 혐기성 메탄 산화 반응과 같은 재료 순환에 기여한다는 것이 밝혀졌다 또한, 이러한 미실시간 바카라 공동체 중 일부는 생존의 임계 온도 (약 40-50 ° C 및 70 ° C)에 접근 할 때 엔도 스포어를 형성하는 것과 같은 생존 전략을 채택한다는 것이 밝혀졌습니다 한편, 약 70 ° C 및 90-110 ° C의 퇴적물에 수명 신호가 열악한 부분이있었습니다 이것은 판 경계 결함과 지하실 암석 사이에 샌드위치 된 퇴적물이 국한되어 있음을 의미합니다높은 기공 압력과 약한 기계적 강도(*7),과거의 고온 유체 공급(※ 8) 미실시간 바카라 세포가 죽거나 생존 할 수없는 환경으로 이어질 수 있습니다 그러나 퇴적물과 지하실의 경계 면적 110-120 ° C 사이의 지하실 암석에서 지하실 암석에 공급되는 깊은 유체 (온수)에 함유 된 화학 성분이 있으며, 영양소 및 에너지로 포함 된 퇴적물에 포함 된 acetic Acid를 소비하는 고기성 미실시간 바카라에 포함 된 화학 성분이있는 것으로 제안되었다 2c, 5)

이러한 연구의 결과는 삶과 생태계가 지구의 내부 환경에서 온도를 포함한 신체적, 화학적 요인의 변화에 ​​어떻게 적응하고 지속되는지 이해하는 데 매우 중요합니다 지구의 내부 환경, 우주에서 생명이 확인되는지, 그리고 그들의 현실이 공동 진화 과정과 생명과 지구의 재료 순환에 어떻게 기여하는지 또한,이 연구는 1021-1180m 및 110-120 ° C의 지질 환경에서 고열 성 미실시간 바카라의 존재를 나타내는 수명 신호를 확인했습니다 이 발견은 온도, 지질 구조, 영양 및 에너지가 해저 깊은 곳에 사는 조건으로 매우 중요한 요소 일뿐 만 아니라,이 행성의 해저 실시간 바카라권의 공간적 규모와 한계가 120 ° C를 초과하는 해양 지각과 상부 맨틀에 도달 할 수 있음을 보여줍니다

*1 핵심 샘플

발굴 등에 의해 수집 된 원주 지질 샘플[참조로 돌아 가기]

*2 국제 해양 발견 프로그램 (IODP)

2013 년 10 월에 시작된 다자간 과학 연구 협력 프로젝트 일본 (심해 탐사 선박 인 Chikyu), 미국 (Joydes Resolution) 및 유럽 (지구 미션 엑스트로), 지구의 구조 및 내부의 크기 고르기를위한 연구를 목표로하는 심해 탐사 선박 "Chikyu", 유럽 (Specified Mission Percavator)이 제공하는 시추 용기를 사용하여 심해 바닥을 발굴함으로써[참조로 돌아 가기]

*3 코치 핵심 센터

Kochi University와 일본 해양 연구 개발 기관이 공동으로 운영하는 코어 샘플 시추를위한 핵심 분석 및 연구 센터 과학 발굴을 통해 수집 한 전 세계의 핵심 샘플을 저장하고 관리하는 세계 3 가지 주요 핵심 저장 시설 중 하나 (Kochi Core Center 외에도 미국의 Texas A & M University 및 독일의 Bremen University에는 유사한 핵심 저장 시설이 있습니다)[참조로 돌아 가기]

*4 endospore

박테리아의 분류군 중 하나 인 Phylum firmicutes에 속하는 미실시간 바카라의 휴면 세포 형태 (Eubacteria) 영양 결핍으로 인한 성장 한계 또는 기아에 가까운 온도와 같은 스트레스 조건 하에서 세포 내에서 내구성이 높은 구조를 형성합니다 이 연구에서, 퇴적물에 함유 된 엔도 스포어의 수는 엔도 스포어에 특별히 포함 된 성분 인 디피 콜린 산의 양을 측정함으로써 추정되었다[참조로 돌아 가기]

*5 플레이트 경계 결함 (DeRorma Belt)

필리핀 바다 판이 일본 군도 아래에 가라 앉을 때 압축되는 기계적 경계 표면은 토지에 추가 된 퇴적물과 퇴적물을 섭취하는 퇴적물 사이에서 수평으로 발달합니다 초기 형성은 부가 물이 형성되는 하위 섭입 구역의 외부 가장자리에서 시작되며, 깊은 유체 흐름 및 응력의 축적 및 방출과 직접 관련되어 트렌치 형 지진의 발생 메커니즘을 이해하는 데 매우 중요한 지질 구조가됩니다[참조로 돌아 가기]

*6 미실시간 바카라 기원 가스를 나타내는 광 탄소 동위 원소 비율

천연 탄소 원자 (C)는 3 개의 동위 원소가 있습니다 (¹²C,¹³C,¹⁴c) 존재합니다 이 중 질량이 12 (¹²c) 99%를 차지하며 나머지 1%는 안정적인 동위 원소 탄소 (¹³C) 및 질량 번호 14를 가진 방사성 동위 원소 탄소 (¹⁴c)가 포함되어 있습니다 일반적으로, 자연 탄소 화합물을 대사 할 때 (온화한) 유기체가 광 질량 분자를 선택적으로 사용하는 경향이있다 이를 동위 원소 분별 효과라고합니다 미실시간 바카라 기원 가스는 탄소입니다 (¹²c) 이산화탄소와 같은 기질로부터 메탄을 생산합니다¹²높은 C 비율¹³c는 "광"탄소 동위 원소 비율을 나타내는 경향이 있습니다[참조로 돌아 가기]

*7 높은 유체 압력 및 약한 기계적 강도

IODP 370 번째 연구 항해는 하위 섭입 구역의 끝에서 플레이트 경계 결함과 지하실 암석 사이의 섹션이 그 깊이에서의 정수 압력보다 높은 기공 압력을 가진 퇴적 환경 (높은 기공 유체 장)임을 보여줍니다지구와 행성 과학의 진보, 5, 70, 2018)[참조로 돌아 가기]

*8 과거의 고온 유체의 간헐적 공급

IODP의 370 번째 연구 항해 및 판 경계 결함의 바닥에서 얻은 퇴적 코어 샘플의 균열은 열수 이차 미네랄 바라이트 (Barium Sulfate : Baso₄) 및 무수물 (황산 칼슘 : CASO₄) 강수량이 관찰되었습니다 이 미네랄은 약 145-220 ° C에서 간헐적으로 온수를 공급하고 온도가 떨어질 때 결정으로 침전 된 것으로 밝혀졌습니다 (Tsang et al,해양 및 석유 지질학, 112, 104080, 2020)[참조로 돌아 가기]

*9 깁스 자유 에너지

특정 조건 하에서 특정 화학 반응이 가정 될 때, 화학 전위 (열 화학적 평형을 유발하는 자발적 거동)는 기질 분자 당 깁스 자유 에너지로 표현 될 수있다 미실시간 바카라의 에너지 원으로서 작용하는 기판 (반응물)의 깁스 자유 에너지가 감소하면 신체에서 대사 반응이 자발적으로 진행될 것으로 생각된다[참조로 돌아 가기]