動物看護師資格認定試験過去問題集を考えてみる
大きさこそ小さいが、陸上の牛やシロアリと同じことが、動物プランクトンの体内でおこっていて、そこで生成したメタンの一部が体外に漏れだし、海水中にメタンを供給しているというのである。
先に紹介したメタンの炭素同位体比を使って、このプロセスの詳しい検証が現在進行中である。
マグマで合成されたメタンは、海水に比べてガス成分が豊富なことである。
主成分は二酸化炭素や硫化水素であるが、水素、一酸化炭素、そしてメタンにも富んでいる。
特にメタンは、その海水中の濃度分布から、熱水噴出域が近くにあるかどうかを判定する、トレーサーとして利用されるほど豊富であった。
このメタンはどこから来たのだろうか?スクリップス海洋研究所のWらは、熱水メタンの炭素同位体比を測定した。
するとマイナス一五からマイナス二○筋前後と、非常に炭素岨に富む同位体比を示すことがわかった。
値は、それまで一般に知られていたメタンの炭素同位体比とは大きく異なるものであった。
それまで知られていたメタンは、第一項で紹介したように、生物の作った有機物を起源としたメタンである。
生物のつくった有機物の炭素同位体比がマイナス二五筋前後のため、この値がそれまでメタンの炭素同位体比の上限となっていた。
熱水系のメタンの炭素同位体比は、有機物起源では説明がつかない。
また、熱水の温度が三〇○℃を上回ることを考えると、微生物の活動も考えにくい。
そこでWらは、このメタンはマグマの高温環境の中で、二酸化一九七七年、アメリカの潜水船アルビン号が、ガラパゴス島の沖合、深さ二五○○メートルの深海底で、不思議な光景を目撃した。
海底の裂け目から乳白色のお湯がゆらゆら湧き出し、その周りを不思議な生物の大群集がとり巻いていたのである。
世界初の海底熱水系発見の瞬間であった。
地殻の中にしみ込んだ海水が、地殻内に存在する高温のマグマに加熱されて、地殻中を上昇して海底に噴き出していたのである。
その後、世界各地の海底でこのような海底熱水系が相次いで発見され、現在では、四○○℃を越える高温熱水も見つかっている。
この海底熱水の中から、これまでに紹介したものとは別の種類のメタンが発見された。
海底熱水の特徴の一つ先に紹介した黒海で、今から三〇年ほど前、旧ソ連の研究者たちが海底堆積物の調査を行ったときのことである。
観測船上に引き上げた堆積物の中に、彼らは不思議な結晶を多数見つけた。
霜柱のような氷状の結晶が、細かい泡を出しながらみるみる溶けていく。
黒海の底層水は、温度二℃、圧力二〇○気圧前後の低温高圧状態におかれているが、水が固体になる環境ではない。
実はこの結晶、黒海堆積物中に大量にふくまれるメタン分子の一部が、水分子と結合して固体化したもので、海底のメタンとハイドレート、化学的には包接化合物(クラスレート)とよばれている。
水分子は非常に強い極性をもっているため、水素結合でたがいに結びつき、内部に空隙をもった立体の網目状構造をつくることができる。
このような立体構造を包接格子という。
水分子の包接格子の場合、別の分子が中に入り、空隙の大部分を満たしてくれると安定化する。
逆にいうと、せっかく水の包接格子ができそうになっても、その内部を満たすものが十分になければ安定にはならず、ふつうの液体の水のままである。
このような、水の包接化合物の安定化の条件を満たす物質の一つがメタンであり、空隙をメタンが埋めた水の包接化合物を、メタンハイドレートとよぶ。
メタンハイドレートが生成するには「低温かつ高圧」の条件が必要である。
数百から数千メートルの深さの海底は、水圧で圧力が高いのに加えて、密度の高い冷たい海水が占めているため、メタンハイドレートの生成条件を満たしている場合が多い。
黒海では、前に述べたように、堆積物のごく表層でメタンの生成がさかんにおこっている。
このメタンは堆積物中や深層水中にたまっていくのであるが、一部では、ついにこれが水の包接格子を安定化させるほど高濃度に炭素(マイナス五船前後)から無機反応で生成し、それが熱水中に溶け込んだものと考えた。
その後あちこちの熱水系で同様の、あるいはより同位体比の高いメタンが見つかり、彼らの主張はほぼ裏付けられたように見える。
しかし最近になって、高温の熱水中にも微生物が生息している証拠がみつかるなど、メタンのすべてをマグマ起源としてよいか、という点に疑問を投げかける専門家もいる。
この問題の最終決着には、もう少し検証を積む必要がありそうである。
ドイツ・K研究所のS博士らが米国オレゴン沖の海底から見つけたもの。
つまりこの程度の深さの海水中、あるいは間隙水中で高濃度のメタンが発生すれば、ハイドレートが生成する可能性がある。
堆積物中で生成したメタンハイドレートは、そのまま堆積物中にとどまる。
つまりメタンハイドレートは、本来は海底から海水中にもどっていくメタンを、海底直下に貯蔵する役目をはたしていることになる。
黒海での発見の後、世界中のさまざまな海底から、メタンハイドレートの存在が報告されるようになった。
ある試算によれば、ハイドレートとして海底に貯蔵されたメタンの総量は、十兆トンにも達しているといわれる。
現在の海洋では、海底から海水中にもどってきたメタンの大部分は海水中で酸化分解され、ほとんど海洋表面には到達してはいないようである。
たとえば黒海では、メタンハイドレートにならずに、海底から放出されたメタンの九八%以上は海水中で消費されると試算されている。
このように海洋は、海底からもれだしたメタンの、大気への放出を未然に防ぐ、一種のバリケードの役目もはたしている。
このバリケードが突破される恐れはないのだろうか? かの理由によって海底メタンハイドレートの安定が崩れ、メタンが一気に放出されて大気にまで達したとすれば、その温室効果によって地球の高温化が加速される。
メタンの一部は大気中で酸化されて二酸化炭素になるので、大気中の二酸化炭素の炭素同位体比が低くなり、二酸化炭素をもとに体をつくる生物の炭素同位体比も低くなったという説である。
これはまだ仮説の一つすぎないが、メタンハイドレートの巨大な埋蔵量は、海洋というバリケードにも崩壊の可能性があることを示唆している。
先に紹介した高温期には、大量の生物が絶滅した。
今度同じことがおこれば、人間も無事ではすまないであろう。
最近になって、ジュラ紀のトァルシァン期前期(約一億八三〇○万年前)や暁新世後期(五五○○万年前)といった地球史上の高温期初期には、地球表面のあらゆる場所で、生物遺骸の炭素同位体比が数船低いことがわかってきた。
生物の炭素同位体比組成を大枠で決めているのは、大気中の二酸化炭素の炭素同位体比であるから、これらの時期には、大気二酸化炭素の炭素同位体比がそれだけ低かったと考えられる。
このような炭素同位体比低下の原因として、メタンの寄与、とくに海底メタンハイドレートの大量崩壊を指摘する説がある。
(マイナス八/ml前後)に比べて、その炭素同位体比が非常に低いのがふつうである。
深層水温の上昇など、何ら(二)はじめに近代海洋学は、イギリス海軍チャレンジャー号の世界周航航海(一八七二から一八七六年)で幕をあけた。
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