「熱水噴出孔」の版間の差分

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== 物理的特性 ==
== 物理的特性 ==
[[ファイル:Phase-diag2.svg|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Phase-diag2.svg|左|サムネイル|この[[相図]]では、緑の点線は[[融点]]を、青の線は[[沸点]]を示し、水の状態が圧力によってどのように変化するかを示しています。緑の実線は、一般的な物質の典型的な融点の挙動を示している。]]
[[ファイル:Phase-diag2.svg|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Phase-diag2.svg|左|サムネイル|この[[相図]]では、緑の点線は[[融点]]を、青の線は[[沸点]]を示し、水の状態が圧力によってどのように変化するかを示しています。緑の実線は、一般的な物質の典型的な融点の挙動を示している。]]
深海熱水噴出孔は通常、[[東太平洋海嶺|東太平洋]][[大西洋中央海嶺|海嶺]]や[[大西洋中央海嶺|中部大西洋海嶺]]などの、2つの[[プレートのリスト|構造プレート]]が分岐し、[[マントルプリューム]]が上昇して新しい地殻が形成されてる場所で見られる<ref>{{cite journal | author=Weinstein, Stuart A., Olson, Peter L. | title=The proximity of hotspots to convergent and divergent plate boundaries | journal=Geophysical Research Letters | year=1989 | volume=16 | pages=433-436 | url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1989GeoRL..16..433W }}</ref>。熱水噴出孔から出てくる水は、主に近辺の火山層中の断層や多孔質堆積物を通じて染み込み火山性の地熱構造で熱せられた[[海水]]と、湧昇する[[マグマ]]から放出されたマグマ水、の2種から構成される<ref name="Colín-García 20163">{{Cite journal|last=Colín-García|first=María|date=2016|title=Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review|journal=Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana|volume=68|issue=3|pages=599–620|DOI=10.18268/BSGM2016v68n3a13}}</ref>。一方で[[噴気孔]]や[[間欠泉]]といった陸上の熱水システムにおいては、循環する水の大部分は地表から熱水システムに浸透した天水（雨水）と[[地下水]]であり、一部で[[変成作用|変成水]]や[[マグマ水]]、堆積層中で塩類を溶解した形成[[塩水]]も含まれる。その割合は、それぞれの場所によって異なる。
[[ファイル:Bischoff_and_Rosenbauer,_1988_-_Liquid-vapor_relations.pdf|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Bischoff_and_Rosenbauer,_1988_-_Liquid-vapor_relations.pdf|ページ=3|サムネイル|380〜415°Cの臨界領域における気液境界の実験結果]]深海熱水噴出孔は通常、[[東太平洋海嶺|東太平洋]][[大西洋中央海嶺|海嶺]]や[[大西洋中央海嶺|中部大西洋海嶺]]などの、2つの[[プレートのリスト|構造プレート]]が分岐し、[[マントルプリューム]]が上昇して新しい地殻が形成されてる場所で見られる<ref>{{cite journal | author=Weinstein, Stuart A., Olson, Peter L. | title=The proximity of hotspots to convergent and divergent plate boundaries | journal=Geophysical Research Letters | year=1989 | volume=16 | pages=433-436 | url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1989GeoRL..16..433W }}</ref>。熱水噴出孔から出てくる水は、主に近辺の火山層中の断層や多孔質堆積物を通じて染み込み火山性の地熱構造で熱せられた[[海水]]と、湧昇する[[マグマ]]から放出されたマグマ水、の2種から構成される<ref name="Colín-García 20163">{{Cite journal|last=Colín-García|first=María|date=2016|title=Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review|journal=Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana|volume=68|issue=3|pages=599–620|DOI=10.18268/BSGM2016v68n3a13}}</ref>。一方で[[噴気孔]]や[[間欠泉]]といった陸上の熱水システムにおいては、循環する水の大部分は地表から熱水システムに浸透した天水（雨水）と[[地下水]]であり、一部で[[変成作用|変成水]]や[[マグマ水]]、堆積層中で塩類を溶解した形成[[塩水]]も含まれる。その割合は、それぞれの場所によって異なる。


一般的に深海の海水温は約{{Convert|2|C|F}}程度であるのに対し、熱水噴出孔周囲の水温は{{Convert|60|C|F}}になり<ref>{{Cite book|last=Garcia, Elena Guijarro|last2=Ragnarsson, Stefán Akí|last3=Steingrimsson, Sigmar Arnar|last4=Nævestad, Dag|last5=Haraldsson, Haukur|last6=Fosså, Jan Helge|last7=Tendal, Ole Secher|last8=Eiríksson, Hrafnkell|year=2007|title=Bottom trawling and scallop dredging in the Arctic: Impacts of fishing on non-target species, vulnerable habitats and cultural heritage|publisher=Nordic Council of Ministers|page=278|isbn=978-92-893-1332-2}}</ref>、最高で{{Convert|464|C|F}} にも達する例が知られている<ref name="Haas2007">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2007|title=Young volcanism and related hydrothermal activity at 5°S on the slow-spreading southern Mid-Atlantic Ridge|journal=[[Geochemistry Geophysics Geosystems]]|volume=8|issue=11|pages=Q11002|bibcode=2007GGG.....811002H|DOI=10.1029/2006GC001509}}</ref><ref name="Karst2009">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2009|title=Fluid compositions and mineralogy of precipitates from Mid Atlantic Ridge hydrothermal vents at 4°48'S|journal=Pangaea|DOI=10.1594/PANGAEA.727454}}</ref>。深海ではその深さのため[[流体静力学|静水圧]]が高く、高温であっても水は期待にならずに液体の形で存在し、環境中で[[超臨界流体]]として存在していると考えられている。例えば、218気圧の環境であれば、純水の[[臨界点]]は{{Convert|375|C|F}} である。さらに、純粋ではなく塩分を含む水の場合、高温と高圧の臨界点はさらに上昇する。海水（重量比で3.2%のNaClを含む）の臨界点は、298.5大気圧下で{{Convert|407|C|F}}であり<ref name="bischoff1988">{{Cite journal|last=Bischoff|first=James L|last2=Rosenbauer|first2=Robert J|year=1988|title=Liquid-vapor relations in the critical region of the system NaCl-H2O from 380 to 415°C: A refined determination of the critical point and two-phase boundary of seawater|url=https://zenodo.org/record/1253886|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta|volume=52|issue=8|pages=2121–2126|bibcode=1988GeCoA..52.2121B|DOI=10.1016/0016-7037(88)90192-5}}</ref><ref>{{cite web | author = A. Koschinsky, C. Devey |date= 2006-05-22 | url = http://www.iu-bremen.de/news/iubnews/09634/ | title = Deep-Sea Heat Record: Scientists Observe Highest Temperature Ever Registered at the Sea Floor | publisher = International University Bremen | language = English| accessdate = 2006-07-06 }}</ref>、これは深さ{{Convert|2960|m|ft}}の水圧環境下に対応する。したがって、この塩分濃度と深さの場合、熱水の温度が{{Convert|407|C|F}}を超えると超臨界となる。さらに、地殻の相分離のために、熱水噴出孔から吹き出す流体中の塩分は、大きく変動することが知られている<ref name="VonDamm1991">{{Cite journal|last=Von Damm|first=K L|year=1990|title=Seafloor Hydrothermal Activity: Black Smoker Chemistry and Chimneys|url=https://zenodo.org/record/1234953|journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume=18|issue=1|pages=173–204|bibcode=1990AREPS..18..173V|DOI=10.1146/annurev.ea.18.050190.001133}}</ref>。同一の圧力条件下において、塩分濃度の低い液体の臨界点温度は、海水よりも低く、純水よりも場合よりも高くなる。たとえば、280.5大気圧下での2.24%のNaCl溶液の臨界点温度は{{Convert|400|C|F}}である。したがって、熱水噴出孔の最も高温の部分から出てくる水は、[[気体|気体の]]物性と[[液体|液体の]]物性の間の物理的性質を持つ、いわゆる[[超臨界流体]]である可能性がある<ref name="Haas20072">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2007|title=Young volcanism and related hydrothermal activity at 5°S on the slow-spreading southern Mid-Atlantic Ridge|journal=[[Geochemistry Geophysics Geosystems]]|volume=8|issue=11|pages=Q11002|bibcode=2007GGG.....811002H|DOI=10.1029/2006GC001509}}</ref><ref name="Karst20092">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2009|title=Fluid compositions and mineralogy of precipitates from Mid Atlantic Ridge hydrothermal vents at 4°48'S|journal=Pangaea|DOI=10.1594/PANGAEA.727454}}</ref>。 実際にいくつかの噴出孔において、超臨界状態が観察されている。しかしながら、熱水循環、鉱物堆積物形成、地球化学フラックス、または生物活性の点で、この超臨界がどのような意味を持っているのかは、まだよく分かってない。
一般的に深海の海水温は約{{Convert|2|C|F}}程度であるのに対し、熱水噴出孔周囲の水温は{{Convert|60|C|F}}になり<ref>{{Cite book|last=Garcia, Elena Guijarro|last2=Ragnarsson, Stefán Akí|last3=Steingrimsson, Sigmar Arnar|last4=Nævestad, Dag|last5=Haraldsson, Haukur|last6=Fosså, Jan Helge|last7=Tendal, Ole Secher|last8=Eiríksson, Hrafnkell|year=2007|title=Bottom trawling and scallop dredging in the Arctic: Impacts of fishing on non-target species, vulnerable habitats and cultural heritage|publisher=Nordic Council of Ministers|page=278|isbn=978-92-893-1332-2}}</ref>、最高で{{Convert|464|C|F}} にも達する例が知られている<ref name="Haas2007">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2007|title=Young volcanism and related hydrothermal activity at 5°S on the slow-spreading southern Mid-Atlantic Ridge|journal=[[Geochemistry Geophysics Geosystems]]|volume=8|issue=11|pages=Q11002|bibcode=2007GGG.....811002H|DOI=10.1029/2006GC001509}}</ref><ref name="Karst2009">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2009|title=Fluid compositions and mineralogy of precipitates from Mid Atlantic Ridge hydrothermal vents at 4°48'S|journal=Pangaea|DOI=10.1594/PANGAEA.727454}}</ref>。深海ではその深さのため[[流体静力学|静水圧]]が高く、高温であっても水は期待にならずに液体の形で存在し、環境中で[[超臨界流体]]として存在していると考えられている。例えば、218気圧の環境であれば、純水の[[臨界点]]は{{Convert|375|C|F}} である。さらに、純粋ではなく塩分を含む水の場合、高温と高圧の臨界点はさらに上昇する。海水（重量比で3.2%のNaClを含む）の臨界点は、298.5大気圧下で{{Convert|407|C|F}}であり<ref name="bischoff1988">{{Cite journal|last=Bischoff|first=James L|last2=Rosenbauer|first2=Robert J|year=1988|title=Liquid-vapor relations in the critical region of the system NaCl-H2O from 380 to 415°C: A refined determination of the critical point and two-phase boundary of seawater|url=https://zenodo.org/record/1253886|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta|volume=52|issue=8|pages=2121–2126|bibcode=1988GeCoA..52.2121B|DOI=10.1016/0016-7037(88)90192-5}}</ref><ref>{{cite web | author = A. Koschinsky, C. Devey |date= 2006-05-22 | url = http://www.iu-bremen.de/news/iubnews/09634/ | title = Deep-Sea Heat Record: Scientists Observe Highest Temperature Ever Registered at the Sea Floor | publisher = International University Bremen | language = English| accessdate = 2006-07-06 }}</ref>、これは深さ{{Convert|2960|m|ft}}の水圧環境下に対応する。したがって、この塩分濃度と深さの場合、熱水の温度が{{Convert|407|C|F}}を超えると超臨界となる。さらに、地殻の相分離のために、熱水噴出孔から吹き出す流体中の塩分は、大きく変動することが知られている<ref name="VonDamm1991">{{Cite journal|last=Von Damm|first=K L|year=1990|title=Seafloor Hydrothermal Activity: Black Smoker Chemistry and Chimneys|url=https://zenodo.org/record/1234953|journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume=18|issue=1|pages=173–204|bibcode=1990AREPS..18..173V|DOI=10.1146/annurev.ea.18.050190.001133}}</ref>。同一の圧力条件下において、塩分濃度の低い液体の臨界点温度は、海水よりも低く、純水よりも場合よりも高くなる。たとえば、280.5大気圧下での2.24%のNaCl溶液の臨界点温度は{{Convert|400|C|F}}である。したがって、熱水噴出孔の最も高温の部分から出てくる水は、[[気体|気体の]]物性と[[液体|液体の]]物性の間の物理的性質を持つ、いわゆる[[超臨界流体]]である可能性がある<ref name="Haas20072">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2007|title=Young volcanism and related hydrothermal activity at 5°S on the slow-spreading southern Mid-Atlantic Ridge|journal=[[Geochemistry Geophysics Geosystems]]|volume=8|issue=11|pages=Q11002|bibcode=2007GGG.....811002H|DOI=10.1029/2006GC001509}}</ref><ref name="Karst20092">{{Cite journal|last=Haase|first=K. M.|year=2009|title=Fluid compositions and mineralogy of precipitates from Mid Atlantic Ridge hydrothermal vents at 4°48'S|journal=Pangaea|DOI=10.1594/PANGAEA.727454}}</ref>。 実際にいくつかの噴出孔において、超臨界状態が観察されている。しかしながら、熱水循環、鉱物堆積物形成、地球化学フラックス、または生物活性の点で、この超臨界がどのような意味を持っているのかは、まだよく分かってない。
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かつては太陽エネルギーこそがあらゆる生命エネルギーの源であると考えられてきたが、一方で深海の生物は太陽光の恩恵を受けることができない環境に生息している。そのため熱水噴出孔周辺の生物群集は、太陽の光ではなく、それらが住んでいる環境中の堆積物や熱水中の化学物質にエネルギー源を依存する必要がある。以前の[[水体の底辺|底生生物]]研究においては、熱水噴出孔周辺の生物のエネルギー獲得はは深海生物と同様にマリンスノーに依存していると考えられており、すなわちマリンスノーの大本である表層海域の植物、そして太陽に依存した生態系の一部とみなされていた。一部の熱水噴出孔周辺の生物は、たしかにこの太陽からのエネルギー源を消費するが、もし仮に太陽依存のシステムしか存在していないのであれば、熱水噴出孔周辺の生物はもっと疎になるはずである。しかしながら実際には、周囲の海底と比較して熱水噴出帯の生物密度は10,000〜100,000倍ほどもある。
かつては太陽エネルギーこそがあらゆる生命エネルギーの源であると考えられてきたが、一方で深海の生物は太陽光の恩恵を受けることができない環境に生息している。そのため熱水噴出孔周辺の生物群集は、太陽の光ではなく、それらが住んでいる環境中の堆積物や熱水中の化学物質にエネルギー源を依存する必要がある。以前の[[水体の底辺|底生生物]]研究においては、熱水噴出孔周辺の生物のエネルギー獲得はは深海生物と同様にマリンスノーに依存していると考えられており、すなわちマリンスノーの大本である表層海域の植物、そして太陽に依存した生態系の一部とみなされていた。一部の熱水噴出孔周辺の生物は、たしかにこの太陽からのエネルギー源を消費するが、もし仮に太陽依存のシステムしか存在していないのであれば、熱水噴出孔周辺の生物はもっと疎になるはずである。しかしながら実際には、周囲の海底と比較して熱水噴出帯の生物密度は10,000〜100,000倍ほどもある。


ベント生物は食物を化学合成細菌に依存しているため、熱水ベント群集はそのような膨大な量の生命を維持することができる。 熱水噴出孔からの水は溶解したミネラルが豊富で、化学独立栄養細菌の大規模な集団をサポートする。 これらのバクテリアは硫黄化合物、特に[[硫化水素]]といった、ほとんどの生物種にとって有毒な化学物質を利用して、[[化学合成 (生命科学)|化学合成]]によって有機物を生産する。
そのため熱水噴出孔周辺の生態系は、[[太陽エネルギー]]ではなく、主要なエネルギー源を熱水噴出孔フィールドの継続的な存在に依存していると考えられる。すなわち、ベント生物は食物を化学合成細菌に依存しているため、熱水ベント群集はそのような膨大な量の生命を維持することができる。 熱水噴出孔からの水は溶解したミネラルが豊富で、化学独立栄養細菌の大規模な集団をサポートする。 これらのバクテリアは硫黄化合物、特に[[硫化水素]]といった、ほとんどの生物種にとって有毒な化学物質を利用して、[[化学合成 (生命科学)|化学合成]]によって有機物を生産する。これらのコミュニティは太陽とは独立して存在するとしばしば形容されるが、しかしながら一部の生物は実際には光合成生物によって生成される酸素に依存する、いわゆる好気性生物である。
[[ファイル:Dense_mass_of_anomuran_crab_Kiwa_around_deep-sea_hydrothermal_vent.jpg|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Dense_mass_of_anomuran_crab_Kiwa_around_deep-sea_hydrothermal_vent.jpg|左|サムネイル|東スコシアプレートの海嶺にあるチムニー周辺の密集した生態系（写真は''[[:en:Kiwaidae|Kiwa]]'' anomuransとanomuransと''[[ Vulcanolepas osheai|Vulcanolepas]]の仲間の付着性''フジツボ）]]

[[ファイル:Riftia_tube_worm_colony_Galapagos_2011.jpg|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Riftia_tube_worm_colony_Galapagos_2011.jpg|左|サムネイル|[[ガラパゴス・ホットスポット|ガラパゴスリフト]]のベント周辺に生息する[[巨大なチューブワーム|チューブワーム]]（''Riftia pachyptila''）]]
=== 生物学的コミュニティ ===
[[File:Nur04512.jpg|thumb|[[ブラックスモーカー]]の周りに棲息する[[チューブワーム]]。]]


=== 微生物生態系 ===
熱水噴出孔周辺の[[生物]]社会は[[基礎生産|一次生産者]]である[[バクテリア]]と[[古細菌]]に大きく依存している。熱水噴出孔から噴出する水は豊かな[[鉱物]]資源を溶解しており、[[有機物]]合成をするバクテリアの大量増殖が可能である。これらのバクテリアは各種硫化物から有機物を合成する。また、熱水噴出孔近傍の海底下に生息している好熱性の微生物も熱水に巻き込まれて大量に噴出している。多くはバクテリアだが、温度の上昇に伴い''Thermococcus''や''Methanocaldcoccus''を代表とした古細菌の割合が増加する。
熱水噴出孔周辺の[[生物]]社会は[[基礎生産|一次生産者]]である[[バクテリア]]と[[古細菌]]に大きく依存している。熱水噴出孔から噴出する水は豊かな[[鉱物]]資源を溶解しており、[[有機物]]合成をするバクテリアの大量増殖が可能である。これらのバクテリアは各種硫化物から有機物を合成する。また、熱水噴出孔近傍の海底下に生息している好熱性の微生物も熱水に巻き込まれて大量に噴出している。多くはバクテリアだが、温度の上昇に伴い''Thermococcus''や''Methanocaldcoccus''を代表とした古細菌の割合が増加する。


熱水噴出孔が見られる深度では、生物活動は非常に希薄であるが、ブラックスモーカーはその[[生態系]]全体の中心である。日光は存在しないので、多くの生物、特に[[古細菌]]や[[極限環境微生物|極限環境菌]]などによって駆動される[[化学合成 (生命科学)|化学合成]]プロセスを通じて、チムニーから提供される熱、[[メタン]]、[[硫黄]]化合物などがエネルギーに変換される。[[クラム|ハマグリ]]や[[巨大なチューブワーム|チューブワーム]]などのより高等で複雑な生物は、これらの生物を捕食する。[[食物連鎖|食物連鎖の]]根底にある生物はまた、チムニーの根元にミネラルを堆積させ、その[[生活環|ライフサイクル]]を完結させる。
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バクテリアは増殖して厚いマット状に広がり、これを餌にする[[端脚類]]や[[カイアシ類]]などが集まってくる。そして[[巻貝]]・[[エビ]]・[[カニ]]・[[チューブワーム]]・[[魚類]]・[[タコ]]などより大きな生物とともに[[食物連鎖]]を形成する。このようにしてできる[[生態系]]は熱水噴出孔を[[エネルギー]]の供給源として存続し、[[太陽]]エネルギーに依存する地表の生態系とは異なる体系をつくる。ただし、この生物社会は太陽とは無関係に存在するといわれることが多いが、そのなかには[[光合成]]により生じた[[酸素]]に依存するものも混じっている。それ以外のものは太古と変わらぬ[[嫌気性生物]]である。


[[メキシコ]]沿岸沖の、日光が全く届かない深さ{{Convert|2500|m|ft}}に位置するブラックスモーカー周辺で、光合成細菌の種が発見された。[[緑色硫黄細菌|Chlorobiaceae]]ファミリーの一部であるこれらの細菌は、太陽光ではなくチムニーからのかすかな光（赤外光）を利用して、[[光合成]]を駆動している。これは、光合成に太陽光以外の光のみを使用する、自然界で発見された最初の生物である<ref>{{Cite journal|last=Beatty|first=J.T.|year=2005|title=An obligately photosynthetic bacterial anaerobe from a deep-sea hydrothermal vent|journal=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]]|volume=102|issue=26|pages=9306–10|bibcode=2005PNAS..102.9306B|DOI=10.1073/pnas.0503674102|PMID=15967984|PMC=1166624}}</ref>。
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熱水噴出孔の動物と密接な関係にある微生物社会を嫌気性・金属耐性の面から計数観察した結果、対象とした熱水噴出孔周辺の[[動物相]]を支えるバクテリア社会の大部分に金属耐性があり嫌気的に[[金属]]を[[還元]]すること、[[嫌気呼吸|嫌気性金属呼吸]]（[[テルル]]酸呼吸）が熱水噴出孔の動物相と共生するバクテリアにおいて重要なプロセスであるらしいことがわかる[http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=17933915]。
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=== 大型生物 ===
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熱水噴出孔で[[無機物]]や[[有機物]]から[[生命の起源|生命が誕生した]]という仮説も複数存在する。日本の[[海洋研究開発機構]]と[[理化学研究所]]は、熱水噴出孔の周囲で微弱な[[電流]]を確認し、これが生命を発生させる役割を果たした可能性があるとの研究結果を2017年5月に発表した<ref>{{Cite news|url=https://mainichi.jp/articles/20170507/k00/00m/040/113000c|title=熱水噴出孔 周囲で電流確認 有機物に影響、生命誕生か|work=|publisher=[[毎日新聞]]朝刊|date=2017年5月7日}}</ref>。
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[[File:Nur04512.jpg|thumb|[[ブラックスモーカー]]の周りに棲息する[[チューブワーム]]。]]バクテリアは増殖して厚いマット状に広がり、これを餌にする[[端脚類]]や[[カイアシ類]]などが集まってくる。そして[[巻貝]]・[[エビ]]・[[カニ]]・[[チューブワーム]]・[[魚類]]・[[タコ]]などより大きな生物とともに[[食物連鎖]]を形成する。このようにしてできる[[生態系]]は熱水噴出孔を[[エネルギー]]の供給源として存続し、[[太陽]]エネルギーに依存する地表の生態系とは異なる体系をつくる。ただし、この生物社会は太陽とは無関係に存在するといわれることが多いが、そのなかには[[光合成]]により生じた[[酸素]]に依存するものも混じっている。それ以外のものは太古と変わらぬ[[嫌気性生物]]である。


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熱水噴出孔の動物と密接な関係にある微生物社会を嫌気性・金属耐性の面から計数観察した結果、対象とした熱水噴出孔周辺の[[動物相]]を支えるバクテリア社会の大部分に金属耐性があり嫌気的に[[金属]]を[[還元]]すること、[[嫌気呼吸|嫌気性金属呼吸]]（[[テルル]]酸呼吸）が熱水噴出孔の動物相と共生するバクテリアにおいて重要なプロセスであるらしいこと、が報告されている[http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=17933915]。
しかし、この仮説に対しては「熱水の組成には必須元素の[[マグネシウム]]が欠落している」という反論もある。


チューブワームは熱水噴出孔周りの生物社会では重要な位置にある。チューブワームは寄生生物のように養分を直接体組織に吸収する。チューブワームには口も[[消化管]]もなく、バクテリアを体内に寄生させる。チューブワームの体組織1gあたり1000万<!--（原文）1オンスあたり2.85億-->のバクテリアが寄生しているという。チューブワームは先端の赤い冠毛状の部分で[[硫化水素]]・[[酸素]]・[[二酸化炭素]]などを取り込み、特殊な[[ヘモグロビン]]と結合させて、ワームと共生するバクテリアに供給する。その代償にこのバクテリア（イオウ酸化微生物）は有機化合物を合成してワームに供給する。熱水噴出孔に生息するチューブワームには''Tevnia jerichonana''と''Riftia pachyptila''がある。
例えば{{Convert|2|m|ft}}以上に成長することもある[[シボグリヌム科|Siboglinidチューブワーム]]のように、チューブワームは熱水噴出孔周りの生物社会ではしばしば重要な位置を占めることが知られている。 チューブワームは寄生生物のように、養分を直接体組織に吸収する。チューブワームには口も[[消化管]]もなく、バクテリアを体内に寄生させる。チューブワームの体組織1gあたり1000万<!--（原文）1オンスあたり2.85億-->のバクテリアが寄生しているという。チューブワームは先端の赤い冠毛状の部分で[[硫化水素]]・[[酸素]]・[[二酸化炭素]]などを取り込み、特殊な[[ヘモグロビン]]と結合させて、ワームと共生するバクテリア（硫黄酸化微生物）に供給する。その代償に、このバクテリアは有機化合物を合成してワームに供給する。熱水噴出孔に生息するチューブワームの種としては''Tevnia jerichonana''と''Riftia pachyptila''が知られている。


[[アメリカ領サモア]]の{{仮リンク|ヴァイルルウ|en|Vailulu'u|label=ナファヌア}}（Nafanua）[[海底火山]]近くでは、[[ウナギ]]ばかりが固まって生息する通称Eel Cityが発見された<ref>[http://www.astrobio.net/news/article1577.html Astrobiology Magazine: Extremes of Eel City] Retrieved 30 August 2007</ref>。ウナギが珍しいわけではないが、熱水噴出孔の主だった住人はすでに述べた[[無脊椎動物]]である。
また[[アメリカ領サモア]]の{{仮リンク|ヴァイルルウ|en|Vailulu'u|label=ナファヌア}}（Nafanua）[[海底火山]]近くでは、[[ウナギ]]（''[[ Dysommina rugosa|Dysommina rugosa]]''）ばかりが固まって生息する通称「うなぎ街（Eel City）」が発見されている<ref>[http://www.astrobio.net/news/article1577.html Astrobiology Magazine: Extremes of Eel City] Retrieved 30 August 2007</ref>。ウナギが珍しいわけではないが、熱水噴出孔周辺に生息する生物の主は上述のとおり[[無脊椎動物]]である。


1993年には、すでに100以上の腹足類が熱水噴出孔で発生することが知られていた<ref name="Sysoev 1995">{{Cite journal|last=Sysoev|first=A. V.|last2=Kantor|first2=Yu. I.|year=1995|title=Two new species of ''Phymorhynchus'' (Gastropoda, Conoidea, Conidae) from the hydrothermal vents|url=http://www.ruthenica.com/documents/Vol5_Sysoev_Kantor_17-26_abstract.pdf|journal=[[Ruthenica]]|volume=5|pages=17–26}}</ref>。現在までに300以上の新しい種が熱水噴出孔で発見されており、それらの多くは地理的に離れた噴出域で発見された他のものに「姉妹種」である<ref>{{cite web|last=Botos|first=Sonia|title=Life on a hydrothermal vent|url=http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4|accessdate=2008-05-14}}</ref>。[[北アメリカプレート|北米プレート]]が[[海嶺|中央海嶺を]]乗り越える前の東太平洋海域に、単一の生物地理学的なベント領域の存在を提唱する説が挙げられている<ref>{{Cite web|author=Van Dover|first=C. L.|title=Hot Topics: Biogeography of deep-sea hydrothermal vent faunas|url=http://www.divediscover.whoi.edu/hottopics/biogeo.html|publisher=[[Woods Hole Oceanographic Institution]]}}</ref>。その説に基づくと、そのベント領域以降への移動には障壁があるため、さまざまな場所での種の進化的分岐が引き起こされたと考えられる。 別個の熱水噴出孔で見られる収束的進化の例は、自然選択理論と進化理論を全体的にサポートする主要な実例であるとみなすことができる。
この生態系に息づく動物相特有の珍しい例としては、[[鉄]]と有機物の[[うろこ]]で装甲した巻貝（[[ウロコフネタマガイ]]）や80°Cの水温でも生息できるポンペイワーム''Alvinella Pompeiana''がある。


この生態系に息づく動物相特有の珍しい例としては、[[鉄]]と有機物の[[うろこ]]で装甲した鱗状足の腹足類であるスケーリーフット（[[ウロコフネタマガイ]]、''Chrysomallon squamiferum''）がある。スケーリーフットは、2001年に[[インド洋]]のカイレイ熱水噴出孔フィールドへの遠征中に発見された。一般的な巻き貝のように真皮[[硬化剤|強膜]] （硬化した体の部分）の構造に[[炭酸カルシウム]]を利用するのではなく、代わりに硫化鉄（[[黄鉄鉱]]とグレイジャイト）を利用することが特徴である。深度2500mの極度の圧力（約25[[パスカル (単位)|メガパスカル]]、すなわち250大気圧）によって、この生物学的目的で利用される硫化鉄は安定化されていると考えられています。 この硫化鉄の装甲板は、恐らく同じ生態系に生息する[[捕食|捕食性]]巻き貝が持つ有毒な[[歯舌|歯根]] （歯）に対する防御として機能していると考えられている。
熱水噴出孔周辺で発見された新種の生物は300種を超える<ref>{{cite web|last=Botos|first=Sonia|title=Life on a hydrothermal vent|url=http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4|accessdate=2008-05-14}}</ref>。

[[ファイル:Bischoff_and_Rosenbauer,_1988_-_Liquid-vapor_relations.pdf|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Bischoff_and_Rosenbauer,_1988_-_Liquid-vapor_relations.pdf|ページ=3|サムネイル|380〜415°Cの臨界領域における気液境界の実験結果]]
また、80°Cの水温でも生息できるポンペイワーム（''Alvinella Pompeiana）''が1980年代に発見された。

=== 生命の起源 ===
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熱水噴出孔で[[無機物]]や[[有機物]]から[[生命の起源|生命が誕生した]]という仮説も複数存在する。日本の[[海洋研究開発機構]]と[[理化学研究所]]は、熱水噴出孔の周囲で微弱な[[電流]]を確認し、これが生命を発生させる役割を果たした可能性があるとの研究結果を2017年5月に発表した<ref>{{Cite news|url=https://mainichi.jp/articles/20170507/k00/00m/040/113000c|title=熱水噴出孔 周囲で電流確認 有機物に影響、生命誕生か|work=|publisher=[[毎日新聞]]朝刊|date=2017年5月7日}}</ref>。しかし、この仮説に対しては「熱水の組成には必須元素の[[マグネシウム]]が欠落している」という反論もある。

2017年3月、[[生命の起源|地球上]]でおそらく[[生命の起源|最も古い生命体]]の形跡を報告しました。 この古代微生物は[[ケベック州|、カナダ]]の[[ケベック州]]の[[ヌブアギトゥク緑色岩帯|ヌブアギトゥクベルト]]にある熱水噴出孔の沈殿物中から発見され、[[ヌブアギトゥク緑色岩帯|42]][[既知の最初の生命体|億8000万年前]]に生息していた可能性があり、すなわち[[地球の水の起源|44億年前]]に[[大洋|海]]が[[地球の水の起源|形成されてから]]間もなく、そして45億4000万年前に地球が形成されてから間もなく存在していた微生物である可能性がある<ref name="NAT-20170301">{{Cite journal|last=Dodd|first=Matthew S.|last2=Papineau|first2=Dominic|last3=Grenne|first3=Tor|last4=Slack|first4=John F.|last5=Rittner|first5=Martin|last6=Pirajno|first6=Franco|last7=O'Neil|first7=Jonathan|last8=Little|first8=Crispin T. S.|date=2 March 2017|title=Evidence for early life in Earth's oldest hydrothermal vent precipitates|url=http://eprints.whiterose.ac.uk/112179/1/ppnature21377_Dodd_for%20Symplectic.pdf|journal=Nature|volume=543|issue=7643|pages=60–64|bibcode=2017Natur.543...60D|DOI=10.1038/nature21377|PMID=28252057}}</ref><ref name="NYT-20170301">{{Cite news|last=Zimmer|first=Carl|authorlink=Carl Zimmer|title=Scientists Say Canadian Bacteria Fossils May Be Earth's Oldest|url=https://www.nytimes.com/2017/03/01/science/earths-oldest-bacteria-fossils.html|date=1 March 2017|newspaper=[[New York Times]]|accessdate=2 March 2017}}</ref><ref name="BBC-20170301">{{Cite news|last=Ghosh|first=Pallab|title=Earliest evidence of life on Earth 'found'|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-39117523|newspaper=[[BBC News]]|date=1 March 2017|accessdate=2 March 2017}}</ref>。


== 熱水噴出孔の海中探査 ==
== 熱水噴出孔の海中探査 ==
[[ファイル:Classic_VMS_Deposit2.png|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Classic_VMS_Deposit2.png|サムネイル|堆積記録に見られる典型的な[[火山成塊状硫化物鉱床|火山性塊状硫化物（VMS）鉱床]]の断面図<ref>{{Cite book|doi=10.1016/B978-0-08-095975-7.01120-7|chapter=Volcanogenic Massive Sulfide Deposits|title=Treatise on Geochemistry|pages=463–488|year=2014|last=Hannington|first=M.D.|isbn=978-0-08-098300-4}}</ref>]]
[[1949年]]に[[紅海]]中部の海底を調査したところ特異な熱水床の存在が報告された。[[1960年代]]になると60 [[セルシウス度|°C]]の塩類を含む水とこれに関係する[[金属]]を含む[[泥]]の存在が確認された。熱い[[水溶液]]は活発な海底下の[[海溝#リフト|リフト]]から噴出していた。[[塩分濃度]]が高すぎて生物の生息は無理な環境であった<ref>Degens, Egon T. (ed.), 1969, ''Hot Brines and Recent Heavy Metal Deposits in the Red Sea,'' 600 pp, Springer-Verlag</ref>。この塩水と泥が[[貴金属]]や[[卑金属]]の供給源でありうるか現在調査中である。
[[1949年]]に[[紅海]]中部の海底を調査したところ、特異な熱水床の存在が報告された。[[1960年代]]になると60 [[セルシウス度|°C]]の塩類を含む水とこれに関係する[[金属]]を含む[[泥]]の存在が確認された。熱い[[水溶液]]は活発な海底下の[[海溝#リフト|リフト]]から噴出していた。[[塩分濃度]]が高すぎて生物の生息は無理な環境であった<ref>Degens, Egon T. (ed.), 1969, ''Hot Brines and Recent Heavy Metal Deposits in the Red Sea,'' 600 pp, Springer-Verlag</ref>。この塩水と泥が[[貴金属]]や[[卑金属]]の供給源でありうるか、現在調査中である。

一番最初に発見された熱水噴出孔は、[[東太平洋海嶺]]の支脈にあたる[[ガラパゴス]]リフトのある海域で、''Pleiades II遠征において ディープ・トウ海底イメージングシステム を用いて''海水温を調査中であった[[スクリップス海洋研究所]]の海洋地質学者のグループが[[1976年]]に発見した[[ブラックスモーカー]]である<ref>{{Cite book|title=Sea legs : tales of a woman oceanographer|last=Kathleen.|first=Crane|date=2003|publisher=Westview Press|isbn=9780813342856|location=Boulder, Colo.|oclc=51553643|url=https://archive.org/details/sealegstalesofwo00cran}}</ref>。計測温度とその他の証拠から、熱水噴出孔からの噴出水であると結論付けられ、[[1977年]]にPeter Lonsdaleは熱水噴出孔に関する初の論文を発表した<ref>{{Cite web|url=https://oceanservice.noaa.gov/facts/vents.html|title=What is a hydrothermal vent?|website=National Ocean Service|publisher=National Oceanic and Atmospheric Administration|accessdate=10 April 2018}}</ref>。Peter Lonsdaleがディープ・トウのカメラから撮った写真を公開し<ref>{{Cite journal|last=Lonsdale|first=P.|year=1977|title=Clustering of suspension-feeding macrobenthos near abyssal hydrothermal vents at oceanic spreading centers|journal=[[Deep-Sea Research]]|volume=24|issue=9|pages=857–863|bibcode=1977DSR....24..857L|DOI=10.1016/0146-6291(77)90478-7}}</ref> 、博士課程の学生のキャスリーンクレーン（[[:en:Kathleen Crane|Kathleen Crane]]）が地図と温度異常データを公開した<ref>{{Cite journal|last=Crane|first=Kathleen|last2=Normark|first2=William R.|date=10 November 1977|title=Hydrothermal activity and crestal structure of the East Pacific Rise at 21°N|journal=Journal of Geophysical Research|volume=82|issue=33|pages=5336–5348|bibcode=1977JGR....82.5336C|DOI=10.1029/jb082i033p05336}}</ref>。サイトには「クラムベイク（Clam-bake）」というニックネームが付けられ、トランスポンダが設置された。翌年、[[ウッズホール海洋研究所]]の潜水艇[[アルビン号]]を使って再びサイトに赴き、数々の熱水噴出孔を目視確認した。

ガラパゴスリフトの海底熱水噴出孔を取り巻く化学合成生態系は、 [[アメリカ国立科学財団]]から資金提供を受けた海洋地質学者のグループがクラムベイクのサイトに戻った1977年に、初めて直接観察された。潜水調査の主任研究者は[[オレゴン州立大学|オレゴン州立大学の]] [[ジャック・コーリス]]であった。 [[スタンフォード大学]]のCorlissとTjeerd van Andelは、1977年2月17日に[[ウッズホール海洋研究所]] （WHOI）が運営する潜水船[[アルビン号|DSV ALVIN]]でダイビングしながら、ベントとその生態系を観察し、サンプリングした<ref name="divediscover.whoi.edu">{{Cite web|title=Dive and Discover: Expeditions to the Seafloor|url=http://www.divediscover.whoi.edu/ventcd/vent_discovery/thediscovery/timeline_p.html|website=www.divediscover.whoi.edu|accessdate=2016-01-04}}</ref>。調査クルーズの他の科学者には、WHOIの Richard (Dick) Von Herzenと Robert Ballard 、オレゴン州立大学のJack Dymondと Louis Gordon、 マサチューセッツ工科大学の John EdmondとTanya Atwater 、 [[アメリカ地質調査所|米国地質調査所]]のDave Williams 、 [[スクリップス海洋研究所|スクリプス海洋研究所]]のKathleen Craneがいた<ref name="divediscover.whoi.edu" /><ref>{{Cite news|url=https://www.npr.org/2011/12/05/142678239/the-deep-sea-find-that-changed-biology|title=The Deep-Sea Find That Changed Biology|last=Davis|first=Rebecca|date=December 5, 2011|newspaper=NPR.org|accessdate=2018-04-09|author2=Joyce|first2=Christopher|language=en}}</ref>。このチームはScience誌に、ベント、生物、ベント熱水の組成に関する観察結果を発表した<ref>{{Cite journal|last=Corliss|first=John B.|last2=Dymond|first2=Jack|last3=Gordon|first3=Louis I.|last4=Edmond|first4=John M.|last5=von Herzen|first5=Richard P.|last6=Ballard|first6=Robert D.|last7=Green|first7=Kenneth|last8=Williams|first8=David|last9=Bainbridge|first9=Arnold|date=16 March 1979|title=Submarine Thermal Springs on the Galápagos Rift|journal=Science|volume=203|issue=4385|pages=1073–1083|bibcode=1979Sci...203.1073C|DOI=10.1126/science.203.4385.1073|PMID=17776033}}</ref>。1979年、当時[[ウッズホール海洋研究所|WHOI]]にいたJ. Frederick Grassleが率いる生物学者のチームが同じ場所に戻り、2年前に発見された生物群集を調査しました。

高温の熱水噴出孔である[[ブラックスモーカー]]は、1979年春に潜水艇ALVINを使用してスクリップス海洋研究所のチームによって発見されました。 RISE探検隊は、ALVINを使用して海底の地球物理学的マッピングをテストし、ガラパゴスリフトベントの向こう側に別の熱水フィールドを見つけることを目的として、21°Nの東太平洋海膨を探検した。 遠征は Fred Spiessと Ken Macdonaldが主導し、米国、メキシコ、フランスからの参加者が含まれていた<ref name="Spiess et al 19802">{{Cite journal|last=Spiess|first=F. N.|last2=Macdonald|first2=K. C.|last3=Atwater|first3=T.|last4=Ballard|first4=R.|last5=Carranza|first5=A.|last6=Cordoba|first6=D.|last7=Cox|first7=C.|last8=Garcia|first8=V. M. D.|last9=Francheteau|first9=J.|date=28 March 1980|title=East Pacific Rise: Hot Springs and Geophysical Experiments|journal=Science|volume=207|issue=4438|pages=1421–1433|bibcode=1980Sci...207.1421S|DOI=10.1126/science.207.4438.1421|PMID=17779602}}</ref>。ダイビング地域は、1978年のフランスのCYAMEX遠征による硫化鉱物の海底マウンドの発見に基づいて選択された<ref>{{Cite journal|last=Francheteau|first=J|year=1979|title=Massive deep-sea sulphide ore deposits discovered on the East Pacific Rise|url=https://archimer.ifremer.fr/doc/1979/publication-5278.pdf|journal=Nature|volume=277|issue=5697|page=523|bibcode=1979Natur.277..523F|DOI=10.1038/277523a0}}</ref>。潜水作業の前に、遠征隊員のRobert Ballardは、深く牽引された計器パッケージを使用して、海底近くの水温異常を見つけました。 最初のダイビングは、これらの異常の1つを対象としたものであった。イースターの日曜日の1979年4月15日、ALVINから2600メートルへのダイビング中に、Roger Larsonと Bruce Luyendyk は、ガラパゴスベントに似た生物群集の熱水ベントフィールドを発見した。 4月21日のその後のダイビングで、William NormarkとThierry Juteauは、煙突から黒い鉱物粒子ジェットを放出する高温の[[ブラックスモーカー]]のベントを発見した[https://www.whoi.edu/feature/history-hydrothermal-vents/discovery/1979-2.html （WHOIウェブサイト）]。この後、温度プローブをALVINにリギングして、黒い喫煙者の通気口の水温を測定した。 これにより、深海の熱水噴出孔で記録された最高温度（380±30 °C） <ref>{{Cite journal|last=Macdonald|first=K. C.|last2=Becker|first2=Keir|last3=Spiess|first3=F. N.|last4=Ballard|first4=R. D.|year=1980|title=Hydrothermal heat flux of the "black smoker" vents on the East Pacific Rise|url=|journal=Earth and Planetary Science Letters|volume=48|issue=1|pages=1–7|bibcode=1980E&PSL..48....1M|DOI=10.1016/0012-821X(80)90163-6}}</ref>。ブラックスモーカーとそれらに供給されたチムニーの分析は、「煙」と「煙突」の壁の一般的な鉱物は硫化鉄沈殿物であることを明らかにした<ref>{{Cite journal|last=Haymon|first=Rachel M.|last2=Kastner|first2=Miriam|date=1981|title=Hot spring deposits on the East Pacific Rise at 21°N: preliminary description of mineralogy and genesis|journal=Earth and Planetary Science Letters|volume=53|issue=3|pages=363–381|language=en|bibcode=1981E&PSL..53..363H|DOI=10.1016/0012-821X(81)90041-8}}</ref>。 &nbsp;

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[[2005年]]にはNeptune Resources NLという鉱物資源調査会社が、[[ニュージーランド]]の[[排他的経済水域]]における[[ケルマディック諸島|ケルマディック島弧]]で3万5,000km<sup>2</sup>の調査を許可され、熱水噴出孔により形成された[[鉛]]・[[亜鉛]]・[[銅]]の[[硫化物]]の新しい鉱床たりうる海底硫黄鉱床を探査した。[[2007年]][[4月]]には中米[[コスタリカ]]沖合の[[太平洋]]における新しい熱水噴出孔海域であるMedusa熱水フィールド（[[ギリシア神話]]の蛇の髪を持つ怪物 [[メドゥーサ]] にちなんで命名された）が発見された<ref>{{cite news | first= | last= | coauthors= | title=New undersea vent suggests snake-headed mythology | date=April 18 2007 | publisher= | url =http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-04/du-nuv041707.php | work =EurekaAert | pages = | accessdate = 2007-04-18 | language = }}</ref>。

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Ashadze熱水フィールド（大西洋中央海嶺の北緯13度、深度4200 m）は、それまで最も深い場所にある熱水フィールドであった<ref>{{Cite web|title=Beebe|url=http://vents-data.interridge.org/ventfield/beebe|publisher=Interridge Vents Database}}</ref>。[[2010年]][[4月6日]]、イギリス国立海洋学センター、NASA[[ジェット推進研究所]]、および[[ウッズホール海洋研究所]]のの研究チームが、[[カリブ海]][[ケイマン諸島]]沖合の[[ケイマン海溝]]で、世界で最も深い場所に位置する熱水噴出孔を発見した<ref name="natio1">{{cite news|title=カリブの海底に世界最深の熱水噴出孔|newspaper=[[ナショナルジオグラフィック協会|National Geographic News]]|date=2010-04-13|url=http://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/2554/|accessdate=2016-06-14}}</ref><ref name="natio2">{{cite news|title=噴き出す黒煙、世界最深の熱水噴出孔|newspaper=National Geographic News|date=2012-01-10|url=http://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/5472/|accessdate=2016-06-14}}</ref><ref>{{Cite journal|last=German|first=C. R.|date=2010|title=Diverse styles of submarine venting on the ultraslow spreading Mid-Cayman Rise|url=http://www.geology.wisc.edu/astrobiology/docs/German_et_al_2010_PNAS.pdf|journal=[[Proceedings of the National Academy of Sciences]]|volume=107|issue=32|pages=14020–5|accessdate=2010-12-31|bibcode=2010PNAS..10714020G|DOI=10.1073/pnas.1009205107|PMID=20660317|PMC=2922602}}</ref>。それまで確認されていた通常の熱水噴出孔の約2倍、最も深いとされたブラックスモーカーよりもさらに800m深い水深5,000mの海底にある<ref name="natio1" />。海洋探検家[[ウィリアム・ビービ]]（[[:en:William Beebe]]）にちなんでBeebe熱水サイト（{{Coord|18|33|N|81|43|W|}} 、深度5000 m）と名付けられたこの熱水噴出孔は、鉄と銅の鉱石で形成されたチムニーを持つブラックスモーカーのひとつである<ref name="natio1" /><ref name="natio2" /><ref name="afpbb">{{cite news|title=カリブ海の世界最深の噴出孔で新種続々発見、目のないエビなど|newspaper=[[AFPBB News]]|date=2012-01-12|url=http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/environment/2850113/8279391?utm_source=afpbb&utm_medium=topics&utm_campaign=txt_topics|accessdate=2012-01-12}}</ref>。水温は摂氏400度と推定され、周辺では目を持たず代わりに背中に光受容体を持つ新種の[[エビ|エビ類]]や白い触手を持つ新種の[[イソギンチャク|イソギンチャク類]]など発見が相次いでいる<ref name="afpbb" />。2010年にサイトにおいて、グループによって熱水プルームの信号が検出された。さらに2013年の初めには、[[カリブ海地域|カリブ海]]の深度約5000 ｍの場所から熱水噴出孔が発見された<ref>{{Cite news|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-21520404|title=Deepest undersea vents discovered by UK team|newspaper=BBC News|date=21 February 2013|accessdate=21 February 2013|last=Shukman|first=David}}</ref>。

[[プレートテクトニクス|構造プレート]]が互いに離れている[[ファンデフカプレート|フアンデフカ]]中部海嶺の火山と熱水噴出孔が研究されている<ref>{{Cite news|title=The 40,000-Mile Volcano|url=https://www.nytimes.com/2016/01/12/science/midocean-ridges-volcano-underwater.html|newspaper=The New York Times|date=2016-01-12|accessdate=2016-01-17|issn=0362-4331|first=William J.|last=Broad}}</ref>。また、メキシコのバハカリフォルニアスル州のバヒアデコンセプシオンにおいても、熱水噴出孔やその他の地熱現象が調査されている<ref>{{Cite journal|last=Leal-Acosta|first=María Luisa|last2=Prol-Ledesma|first2=Rosa María|date=2016|title=Caracterización geoquímica de las manifestaciones termales intermareales de Bahía Concepción en la Península de Baja California|journal=Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana|volume=68|issue=3|pages=395–407|language=Spanish|DOI=10.18268/bsgm2016v68n3a2|JSTOR=24921551}}</ref>。


== 分布 ==
海中の熱水噴出孔の一種である[[ブラックスモーカー]]は[[東太平洋海嶺]]の支脈にあたる[[ガラパゴス]]リフトのある海域で、海水温を調査中の海洋地質学者のグループが[[1976年]]に発見した。計測温度とその他の証拠から、地質学者はこの発見は熱水噴出孔からの噴出水であると結論付けるに十分な情報を得た。[[1977年]]、リフトに戻った地質学者は[[ウッズホール海洋研究所]]の潜水艇[[アルビン号]]を使って数々の熱水噴出孔を目視確認した。同年、Peter Lonsdaleは熱水噴出孔に関する初の論文を発表した。
[[ファイル:Distribution_of_hydrothermal_vent_fields.png|リンク=https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Distribution_of_hydrothermal_vent_fields.png|代替文=|サムネイル|600x600ピクセル|熱水噴出孔の分布。このマップは[http://vents-data.interridge.org/ InterRidge ver.3.3データベース]を利用して作成された[http://vents-data.interridge.org/ 。]]]
熱水噴出孔は、地球のプレート境界に沿って分布する傾向があるが、一方でホットスポット火山などのプレート内の場所にも見られる場合もある。2009年の時点で、約500の既知のアクティブな海底熱水噴出孔フィールドが知られており、半分は海底で視覚的に観察され、残りの半分は水柱インジケーターや海底堆積物から疑われている<ref>{{Cite journal|last=Beaulieu|first=Stace E.|last2=Baker|first2=Edward T.|last3=German|first3=Christopher R.|last4=Maffei|first4=Andrew|date=November 2013|title=An authoritative global database for active submarine hydrothermal vent fields|journal=Geochemistry, Geophysics, Geosystems|volume=14|issue=11|pages=4892–4905|bibcode=2013GGG....14.4892B|DOI=10.1002/2013GC004998}}</ref>。InterRidgeプログラムでは、既知のアクティブな海底熱水噴出孔フィールドの場所に関するグローバルデータベースを纏めている（http://vents-data.interridge.org/<nowiki/>）。


Rogers et al. (2012) <ref>{{Cite journal|last=Rogers|first=Alex D.|last2=Tyler|first2=Paul A.|last3=Connelly|first3=Douglas P.|last4=Copley|first4=Jon T.|last5=James|first5=Rachael|last6=Larter|first6=Robert D.|last7=Linse|first7=Katrin|last8=Mills|first8=Rachel A.|last9=Garabato|first9=Alfredo Naveira|date=3 January 2012|title=The Discovery of New Deep-Sea Hydrothermal Vent Communities in the Southern Ocean and Implications for Biogeography|journal=PLoS Biology|volume=10|issue=1|pages=e1001234|DOI=10.1371/journal.pbio.1001234|PMID=22235194|PMC=3250512}}</ref>では、熱水噴出システムの11の[[生物地理学の州|生物地理学的地域]]を定義している：
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[[2005年]]にはある鉱物資源調査会社が、[[ケルマディック諸島|ケルマディック島弧]]で3万5,000km<sup>2</sup>の調査を許可され、熱水噴出孔により形成された[[鉛]]・[[亜鉛]]・[[銅]]の[[硫化物]]の新しい鉱床たりうる海底硫黄鉱床を探査した。[[2007年]][[4月]]には中米[[コスタリカ]]沖合の[[太平洋]]における新しい熱水噴出孔海域（[[ギリシア神話]]の怪物 [[メドゥーサ]] にちなんで命名された）の発見が発表された<ref>{{cite news | first= | last= | coauthors= | title=New undersea vent suggests snake-headed mythology | date=April 18 2007 | publisher= | url =http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-04/du-nuv041707.php | work =EurekaAert | pages = | accessdate = 2007-04-18 | language = }}</ref>。


# [[大西洋中央海嶺|中部大西洋のリッジ]]州、
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[[2010年]][[4月6日]]、[[イギリス国立海洋学センター]]の研究チームが、[[カリブ海]][[ケイマン諸島]]沖合の[[ケイマン海溝]]で、世界で最も深い場所に位置する熱水噴出孔を発見した<ref name ="natio1">{{cite news |title=カリブの海底に世界最深の熱水噴出孔 |newspaper=[[ナショナルジオグラフィック協会|National Geographic News]] | date=2010-04-13 |url =http://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/2554/ |accessdate=2016-06-14}}</ref><ref name="natio2"/>。それまで確認されていた通常の熱水噴出孔の約2倍、最も深いとされたブラックスモーカーよりもさらに800m深い水深5,000mの海底にある<ref name ="natio1"/>。海洋探検家[[ウィリアム・ビービ]]（[[:en:William Beebe]]）にちなんで「ビービ（ビーブ噴出孔フィールド<ref name="afpbb"/>）」と名付けられたこの熱水噴出孔は、鉄と銅の鉱石で形成されたチムニーを持つブラックスモーカーのひとつである<ref name ="natio1"/><ref name="natio2">{{cite news |title=噴き出す黒煙、世界最深の熱水噴出孔 |newspaper=National Geographic News | date=2012-01-10 |url =http://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/5472/ |accessdate=2016-06-14}}</ref>。水温は摂氏400度と推定され、周辺では目を持たず代わりに背中に光受容体を持つ新種の[[エビ|エビ類]]や白い触手を持つ新種の[[イソギンチャク|イソギンチャク類]]など発見が相次いでいる<ref name="afpbb">{{cite news |title=カリブ海の世界最深の噴出孔で新種続々発見、目のないエビなど |newspaper=[[AFPBB News]] | date=2012-01-12 |url =http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/environment/2850113/8279391?utm_source=afpbb&utm_medium=topics&utm_campaign=txt_topics |accessdate=2012-01-12}}</ref>。
# [[スコシアプレート|東スコシアリッジ]]州、
# [[東太平洋海嶺|北東太平洋ライズ]]州、
# 中央東太平洋ライズ州、
# 東パシフィックライズ州南部
# [[イースタープレート|イースターマイクロプレートの]]南、
# インド洋州、
# 西太平洋の4つの州。


== チムニー ==
== チムニー ==

2020年8月30日 (日) 13:07時点における版

熱水噴出孔の一種、ブラックスモーカー。
熱水噴出孔の音

熱水噴出孔（ねっすいふんしゅつこう、英語: hydrothermal vent）は地熱で熱せられた水が噴出する大地の亀裂である。広義の熱水噴出孔としては温泉・噴気孔・間欠泉があげられるが、教義にはこれらの陸上にあるものではなく、海底環境、特に深海の熱水噴出孔（深海熱水噴出孔）のことを指す。

熱水噴出孔は一般的に、火山活動が活発なところ（発散的プレート境界、海盆、ホットスポット）で発見されている[1]。吹き出す熱水は数百度にも達する事があり、成分として重金属や硫化水素を豊富に含むものも知られている。海底から噴出する熱水に含まれる金属などが析出・沈殿してチムニーと呼ばれる構造物ができる場合もある。熱水の溶存成分によってチムニーから黒色や白色の煙が吹き出しているように見えるため、一部の熱水噴出孔は「ブラックスモーカー」や「ホワイトスモーカー」と呼称される場合もある。また、熱水噴出孔の作用によって形成された岩石および鉱石堆積物を熱水堆積物と呼ぶ。

深海の大部分と比べて、 熱水噴出孔周辺では生物活動が活発であり、噴出する液体中に溶解した各種の化学物質を目当てにした複雑な生態系が成立している。有機物合成をする細菌や古細菌が食物連鎖の最底辺を支え、そのほかに化学合成細菌と共生したり環境中の化学合成細菌のバイオフィルムなどを摂食するジャイアントチューブワーム・二枚貝・エビなどがみられる。

地球外では、木星の衛星エウロパや土星の月エンケラドスでも熱水噴出孔の活動が活発であるとみられている[2][3]ほか、古代には火星面にも存在したと考えられている[4][5]。

物理的特性

この相図では、緑の点線は融点を、青の線は沸点を示し、水の状態が圧力によってどのように変化するかを示しています。緑の実線は、一般的な物質の典型的な融点の挙動を示している。
380〜415°Cの臨界領域における気液境界の実験結果

深海熱水噴出孔は通常、東太平洋海嶺や中部大西洋海嶺などの、2つの構造プレートが分岐し、マントルプリュームが上昇して新しい地殻が形成されてる場所で見られる[6]。熱水噴出孔から出てくる水は、主に近辺の火山層中の断層や多孔質堆積物を通じて染み込み火山性の地熱構造で熱せられた海水と、湧昇するマグマから放出されたマグマ水、の2種から構成される[7]。一方で噴気孔や間欠泉といった陸上の熱水システムにおいては、循環する水の大部分は地表から熱水システムに浸透した天水（雨水）と地下水であり、一部で変成水やマグマ水、堆積層中で塩類を溶解した形成塩水も含まれる。その割合は、それぞれの場所によって異なる。

一般的に深海の海水温は約2 °C (36 °F)程度であるのに対し、熱水噴出孔周囲の水温は60 °C (140 °F)になり[8]、最高で464 °C (867 °F) にも達する例が知られている[9][10]。深海ではその深さのため静水圧が高く、高温であっても水は期待にならずに液体の形で存在し、環境中で超臨界流体として存在していると考えられている。例えば、218気圧の環境であれば、純水の臨界点は375 °C (707 °F) である。さらに、純粋ではなく塩分を含む水の場合、高温と高圧の臨界点はさらに上昇する。海水（重量比で3.2%のNaClを含む）の臨界点は、298.5大気圧下で407 °C (765 °F)であり[11][12]、これは深さ2,960メートル (9,710 ft)の水圧環境下に対応する。したがって、この塩分濃度と深さの場合、熱水の温度が407 °C (765 °F)を超えると超臨界となる。さらに、地殻の相分離のために、熱水噴出孔から吹き出す流体中の塩分は、大きく変動することが知られている[13]。同一の圧力条件下において、塩分濃度の低い液体の臨界点温度は、海水よりも低く、純水よりも場合よりも高くなる。たとえば、280.5大気圧下での2.24%のNaCl溶液の臨界点温度は400 °C (752 °F)である。したがって、熱水噴出孔の最も高温の部分から出てくる水は、気体の物性と液体の物性の間の物理的性質を持つ、いわゆる超臨界流体である可能性がある[14][15]。 実際にいくつかの噴出孔において、超臨界状態が観察されている。しかしながら、熱水循環、鉱物堆積物形成、地球化学フラックス、または生物活性の点で、この超臨界がどのような意味を持っているのかは、まだよく分かってない。

チムニーの成長と熱水の例

熱水噴出孔によってはチムニー（煙突）とよばれる円柱状の構造物を形成することがある。超高温の熱水に溶解している鉱物が0°Cに近い海水と接触すると、接触面で化学反応が進み生成物が析出・沈殿してこのようなチムニーができる。噴出孔のチムニーの初期段階は、鉱物の無水石膏の堆積から始まる。次に、銅や鉄、亜鉛などの硫化物が海水の境界面で析出してチムニーの隙間に沈殿し、時間の経過とともに多孔性が低下する。今までの研究から、30センチメートル (1 ft)程度のベントの一日あたりの成長が記録されている[16]。チムニーの例としては、オレゴン州の沖合にある高さ40mで折れてしまった通称『ゴジラ』が知られる。なかには高さ60mに達するものもある[17] 。また、2007年4月のフィジー沿岸沖の深海ベントの調査では、これらのベントが溶存鉄の重要な供給源であることが判明した[18]。

ブラックスモーカーは、1979年に北緯21度の東太平洋海上で最初に発見された。

チムニー構造で黒色の熱水を噴出するものは、黒い煙を放出する煙突のように見えるため、ブラックスモーカーと呼ばれる。ブラックスモーカーは、海底にあるタイプの熱水ベントで、通常は海底帯（水深2500-3000 m）でよく見られるが、より浅層や深層でも発見されている[19]。ブラックスモーカーは通常、地殻から熱水に溶け混んだ高レベルの硫黄含有ミネラルや硫化物を含む粒子を放出しており、水は400℃以上の高温に達することもある。地球の地殻の下から過熱された水が海底を通過する際に幅数百メートルに広がり、近辺で複数のブラックスモーカーが形成される[19]。 冷たい海の水と接触すると、多くのミネラルが沈殿し、各通気孔の周りに黒い煙突のような構造を形成する。堆積した金属硫化物は、ゆくゆくは塊状の硫化鉱床になる可能性がある。 大西洋中央海嶺のアゾレス諸島の一部のブラックスモーカーは、24,000μMの鉄を含むレインボーベントフィールドなど、 金属含有量が非常に豊富なことが知られている[20]。

ブラックスモーカーは、RISEプロジェクト中にスクリップス海洋研究所の研究者によって、1979年に東太平洋海嶺から発見され、ウッズホール海洋研究所の深海潜水艇ALVINを用いて観測された[21]。現在、ブラックスモーカーは大西洋と太平洋に、平均2100ｍの深度で存在することが知られている。最も北に位置するブラックスモーカーは、 グリーンランドとノルウェーの間の大西洋中央海嶺の北緯73度の位置から、ベルゲン大学の研究者によって2008年に発見された、ロキの城（Loki's Castle）フィールドの5本のチムニーからなるクラスターである[22]。これらのブラックスモーカーは、地殻変動力が少ない安定した地殻領域にあり、熱水噴出孔のフィールドとしてはあまり一般的ではないため、興味がもたれている[23]。世界で最も有名なブラックスモーカーの一つはケイマントラフにあり、5,000 mの海面下に存在する[24]。

一方で、ホワイトスモーカーと呼ばれるチムニーからは、バリウム、カルシウム、シリコンなどの明るい色のミネラルが放出される。 これらのベントは、おそらく熱源から一般に離れているため、プルームが低温になる傾向がある[25]。

ブラックとホワイトのチムニーは、同じ熱水フィールドで共存する可能性があり、それぞれ一般的に、熱源に対して近位か遠位かで分かれる。 また、マグマ熱源がマグマの結晶化により熱源から次第に遠ざかり、次第に熱水がマグマ水ではなく海水に支配されるようになること、すなわち熱水域の衰退段階に対応する形で、ホワイトスモーカーは成立することもある。 このタイプのベントから吹き出す熱水はカルシウムが豊富で、主に硫酸塩（ 重晶石と無水石膏）や炭酸塩に富む堆積物を形成する[26]。

また、沖縄トラフの鳩間海丘では有人潜水調査船しんかい6500による探査で「ブルースモーカー」が発見されたが、この色の解明は今後の調査を待つ段階である[27]。

熱水噴出孔周辺の生態系

かつては太陽エネルギーこそがあらゆる生命エネルギーの源であると考えられてきたが、一方で深海の生物は太陽光の恩恵を受けることができない環境に生息している。そのため熱水噴出孔周辺の生物群集は、太陽の光ではなく、それらが住んでいる環境中の堆積物や熱水中の化学物質にエネルギー源を依存する必要がある。以前の底生生物研究においては、熱水噴出孔周辺の生物のエネルギー獲得はは深海生物と同様にマリンスノーに依存していると考えられており、すなわちマリンスノーの大本である表層海域の植物、そして太陽に依存した生態系の一部とみなされていた。一部の熱水噴出孔周辺の生物は、たしかにこの太陽からのエネルギー源を消費するが、もし仮に太陽依存のシステムしか存在していないのであれば、熱水噴出孔周辺の生物はもっと疎になるはずである。しかしながら実際には、周囲の海底と比較して熱水噴出帯の生物密度は10,000〜100,000倍ほどもある。

そのため熱水噴出孔周辺の生態系は、太陽エネルギーではなく、主要なエネルギー源を熱水噴出孔フィールドの継続的な存在に依存していると考えられる。すなわち、ベント生物は食物を化学合成細菌に依存しているため、熱水ベント群集はそのような膨大な量の生命を維持することができる。 熱水噴出孔からの水は溶解したミネラルが豊富で、化学独立栄養細菌の大規模な集団をサポートする。 これらのバクテリアは硫黄化合物、特に硫化水素といった、ほとんどの生物種にとって有毒な化学物質を利用して、化学合成によって有機物を生産する。これらのコミュニティは太陽とは独立して存在するとしばしば形容されるが、しかしながら一部の生物は実際には光合成生物によって生成される酸素に依存する、いわゆる好気性生物である。

東スコシアプレートの海嶺にあるチムニー周辺の密集した生態系（写真はKiwa anomuransとanomuransとVulcanolepasの仲間の付着性フジツボ）
ガラパゴスリフトのベント周辺に生息するチューブワーム（Riftia pachyptila）

微生物生態系

熱水噴出孔周辺の生物社会は一次生産者であるバクテリアと古細菌に大きく依存している。熱水噴出孔から噴出する水は豊かな鉱物資源を溶解しており、有機物合成をするバクテリアの大量増殖が可能である。これらのバクテリアは各種硫化物から有機物を合成する。また、熱水噴出孔近傍の海底下に生息している好熱性の微生物も熱水に巻き込まれて大量に噴出している。多くはバクテリアだが、温度の上昇に伴いThermococcusやMethanocaldcoccusを代表とした古細菌の割合が増加する。

熱水噴出孔が見られる深度では、生物活動は非常に希薄であるが、ブラックスモーカーはその生態系全体の中心である。日光は存在しないので、多くの生物、特に古細菌や極限環境菌などによって駆動される化学合成プロセスを通じて、チムニーから提供される熱、メタン、硫黄化合物などがエネルギーに変換される。ハマグリやチューブワームなどのより高等で複雑な生物は、これらの生物を捕食する。食物連鎖の根底にある生物はまた、チムニーの根元にミネラルを堆積させ、そのライフサイクルを完結させる。

メキシコ沿岸沖の、日光が全く届かない深さ2,500メートル (8,200 ft)に位置するブラックスモーカー周辺で、光合成細菌の種が発見された。Chlorobiaceaeファミリーの一部であるこれらの細菌は、太陽光ではなくチムニーからのかすかな光（赤外光）を利用して、光合成を駆動している。これは、光合成に太陽光以外の光のみを使用する、自然界で発見された最初の生物である[28]。

大型生物

ブラックスモーカーの周りに棲息するチューブワーム。

バクテリアは増殖して厚いマット状に広がり、これを餌にする端脚類やカイアシ類などが集まってくる。そして巻貝・エビ・カニ・チューブワーム・魚類・タコなどより大きな生物とともに食物連鎖を形成する。このようにしてできる生態系は熱水噴出孔をエネルギーの供給源として存続し、太陽エネルギーに依存する地表の生態系とは異なる体系をつくる。ただし、この生物社会は太陽とは無関係に存在するといわれることが多いが、そのなかには光合成により生じた酸素に依存するものも混じっている。それ以外のものは太古と変わらぬ嫌気性生物である。

熱水噴出孔の動物と密接な関係にある微生物社会を嫌気性・金属耐性の面から計数観察した結果、対象とした熱水噴出孔周辺の動物相を支えるバクテリア社会の大部分に金属耐性があり嫌気的に金属を還元すること、嫌気性金属呼吸（テルル酸呼吸）が熱水噴出孔の動物相と共生するバクテリアにおいて重要なプロセスであるらしいこと、が報告されている[1]。

例えば2メートル (6.6 ft)以上に成長することもあるSiboglinidチューブワームのように、チューブワームは熱水噴出孔周りの生物社会ではしばしば重要な位置を占めることが知られている。 チューブワームは寄生生物のように、養分を直接体組織に吸収する。チューブワームには口も消化管もなく、バクテリアを体内に寄生させる。チューブワームの体組織1gあたり1000万のバクテリアが寄生しているという。チューブワームは先端の赤い冠毛状の部分で硫化水素・酸素・二酸化炭素などを取り込み、特殊なヘモグロビンと結合させて、ワームと共生するバクテリア（硫黄酸化微生物）に供給する。その代償に、このバクテリアは有機化合物を合成してワームに供給する。熱水噴出孔に生息するチューブワームの種としてはTevnia jerichonanaとRiftia pachyptilaが知られている。

またアメリカ領サモアのナファヌア（英語版）（Nafanua）海底火山近くでは、ウナギ（Dysommina rugosa）ばかりが固まって生息する通称「うなぎ街（Eel City）」が発見されている[29]。ウナギが珍しいわけではないが、熱水噴出孔周辺に生息する生物の主は上述のとおり無脊椎動物である。

1993年には、すでに100以上の腹足類が熱水噴出孔で発生することが知られていた[30]。現在までに300以上の新しい種が熱水噴出孔で発見されており、それらの多くは地理的に離れた噴出域で発見された他のものに「姉妹種」である[31]。北米プレートが中央海嶺を乗り越える前の東太平洋海域に、単一の生物地理学的なベント領域の存在を提唱する説が挙げられている[32]。その説に基づくと、そのベント領域以降への移動には障壁があるため、さまざまな場所での種の進化的分岐が引き起こされたと考えられる。 別個の熱水噴出孔で見られる収束的進化の例は、自然選択理論と進化理論を全体的にサポートする主要な実例であるとみなすことができる。

この生態系に息づく動物相特有の珍しい例としては、鉄と有機物のうろこで装甲した鱗状足の腹足類であるスケーリーフット（ウロコフネタマガイ、Chrysomallon squamiferum）がある。スケーリーフットは、2001年にインド洋のカイレイ熱水噴出孔フィールドへの遠征中に発見された。一般的な巻き貝のように真皮強膜 （硬化した体の部分）の構造に炭酸カルシウムを利用するのではなく、代わりに硫化鉄（黄鉄鉱とグレイジャイト）を利用することが特徴である。深度2500mの極度の圧力（約25メガパスカル、すなわち250大気圧）によって、この生物学的目的で利用される硫化鉄は安定化されていると考えられています。 この硫化鉄の装甲板は、恐らく同じ生態系に生息する捕食性巻き貝が持つ有毒な歯根 （歯）に対する防御として機能していると考えられている。

また、80°Cの水温でも生息できるポンペイワーム（Alvinella Pompeiana）が1980年代に発見された。

生命の起源

熱水噴出孔で無機物や有機物から生命が誕生したという仮説も複数存在する。日本の海洋研究開発機構と理化学研究所は、熱水噴出孔の周囲で微弱な電流を確認し、これが生命を発生させる役割を果たした可能性があるとの研究結果を2017年5月に発表した[33]。しかし、この仮説に対しては「熱水の組成には必須元素のマグネシウムが欠落している」という反論もある。

2017年3月、地球上でおそらく最も古い生命体の形跡を報告しました。 この古代微生物は、カナダのケベック州のヌブアギトゥクベルトにある熱水噴出孔の沈殿物中から発見され、42億8000万年前に生息していた可能性があり、すなわち44億年前に海が形成されてから間もなく、そして45億4000万年前に地球が形成されてから間もなく存在していた微生物である可能性がある[34][35][36]。

熱水噴出孔の海中探査

堆積記録に見られる典型的な火山性塊状硫化物（VMS）鉱床の断面図[37]

1949年に紅海中部の海底を調査したところ、特異な熱水床の存在が報告された。1960年代になると60 °Cの塩類を含む水とこれに関係する金属を含む泥の存在が確認された。熱い水溶液は活発な海底下のリフトから噴出していた。塩分濃度が高すぎて生物の生息は無理な環境であった[38]。この塩水と泥が貴金属や卑金属の供給源でありうるか、現在調査中である。

一番最初に発見された熱水噴出孔は、東太平洋海嶺の支脈にあたるガラパゴスリフトのある海域で、Pleiades II遠征において ディープ・トウ海底イメージングシステム を用いて海水温を調査中であったスクリップス海洋研究所の海洋地質学者のグループが1976年に発見したブラックスモーカーである[39]。計測温度とその他の証拠から、熱水噴出孔からの噴出水であると結論付けられ、1977年にPeter Lonsdaleは熱水噴出孔に関する初の論文を発表した[40]。Peter Lonsdaleがディープ・トウのカメラから撮った写真を公開し[41] 、博士課程の学生のキャスリーンクレーン（Kathleen Crane）が地図と温度異常データを公開した[42]。サイトには「クラムベイク（Clam-bake）」というニックネームが付けられ、トランスポンダが設置された。翌年、ウッズホール海洋研究所の潜水艇アルビン号を使って再びサイトに赴き、数々の熱水噴出孔を目視確認した。

ガラパゴスリフトの海底熱水噴出孔を取り巻く化学合成生態系は、 アメリカ国立科学財団から資金提供を受けた海洋地質学者のグループがクラムベイクのサイトに戻った1977年に、初めて直接観察された。潜水調査の主任研究者はオレゴン州立大学の ジャック・コーリスであった。 スタンフォード大学のCorlissとTjeerd van Andelは、1977年2月17日にウッズホール海洋研究所 （WHOI）が運営する潜水船DSV ALVINでダイビングしながら、ベントとその生態系を観察し、サンプリングした[43]。調査クルーズの他の科学者には、WHOIの Richard (Dick) Von Herzenと Robert Ballard 、オレゴン州立大学のJack Dymondと Louis Gordon、 マサチューセッツ工科大学の John EdmondとTanya Atwater 、 米国地質調査所のDave Williams 、 スクリプス海洋研究所のKathleen Craneがいた[43][44]。このチームはScience誌に、ベント、生物、ベント熱水の組成に関する観察結果を発表した[45]。1979年、当時WHOIにいたJ. Frederick Grassleが率いる生物学者のチームが同じ場所に戻り、2年前に発見された生物群集を調査しました。

高温の熱水噴出孔であるブラックスモーカーは、1979年春に潜水艇ALVINを使用してスクリップス海洋研究所のチームによって発見されました。 RISE探検隊は、ALVINを使用して海底の地球物理学的マッピングをテストし、ガラパゴスリフトベントの向こう側に別の熱水フィールドを見つけることを目的として、21°Nの東太平洋海膨を探検した。 遠征は Fred Spiessと Ken Macdonaldが主導し、米国、メキシコ、フランスからの参加者が含まれていた[46]。ダイビング地域は、1978年のフランスのCYAMEX遠征による硫化鉱物の海底マウンドの発見に基づいて選択された[47]。潜水作業の前に、遠征隊員のRobert Ballardは、深く牽引された計器パッケージを使用して、海底近くの水温異常を見つけました。 最初のダイビングは、これらの異常の1つを対象としたものであった。イースターの日曜日の1979年4月15日、ALVINから2600メートルへのダイビング中に、Roger Larsonと Bruce Luyendyk は、ガラパゴスベントに似た生物群集の熱水ベントフィールドを発見した。 4月21日のその後のダイビングで、William NormarkとThierry Juteauは、煙突から黒い鉱物粒子ジェットを放出する高温のブラックスモーカーのベントを発見した（WHOIウェブサイト）。この後、温度プローブをALVINにリギングして、黒い喫煙者の通気口の水温を測定した。 これにより、深海の熱水噴出孔で記録された最高温度（380±30 °C） [48]。ブラックスモーカーとそれらに供給されたチムニーの分析は、「煙」と「煙突」の壁の一般的な鉱物は硫化鉄沈殿物であることを明らかにした[49]。  

2005年にはNeptune Resources NLという鉱物資源調査会社が、ニュージーランドの排他的経済水域におけるケルマディック島弧で3万5,000km2の調査を許可され、熱水噴出孔により形成された鉛・亜鉛・銅の硫化物の新しい鉱床たりうる海底硫黄鉱床を探査した。2007年4月には中米コスタリカ沖合の太平洋における新しい熱水噴出孔海域であるMedusa熱水フィールド（ギリシア神話の蛇の髪を持つ怪物 メドゥーサ にちなんで命名された）が発見された[50]。

Ashadze熱水フィールド（大西洋中央海嶺の北緯13度、深度4200 m）は、それまで最も深い場所にある熱水フィールドであった[51]。2010年4月6日、イギリス国立海洋学センター、NASAジェット推進研究所、およびウッズホール海洋研究所のの研究チームが、カリブ海ケイマン諸島沖合のケイマン海溝で、世界で最も深い場所に位置する熱水噴出孔を発見した[52][53][54]。それまで確認されていた通常の熱水噴出孔の約2倍、最も深いとされたブラックスモーカーよりもさらに800m深い水深5,000mの海底にある[52]。海洋探検家ウィリアム・ビービ（en:William Beebe）にちなんでBeebe熱水サイト（北緯18度33分 西経81度43分 / 北緯18.550度 西経81.717度 / 18.550; -81.717 、深度5000 m）と名付けられたこの熱水噴出孔は、鉄と銅の鉱石で形成されたチムニーを持つブラックスモーカーのひとつである[52][53][55]。水温は摂氏400度と推定され、周辺では目を持たず代わりに背中に光受容体を持つ新種のエビ類や白い触手を持つ新種のイソギンチャク類など発見が相次いでいる[55]。2010年にサイトにおいて、グループによって熱水プルームの信号が検出された。さらに2013年の初めには、カリブ海の深度約5000 ｍの場所から熱水噴出孔が発見された[56]。

構造プレートが互いに離れているフアンデフカ中部海嶺の火山と熱水噴出孔が研究されている[57]。また、メキシコのバハカリフォルニアスル州のバヒアデコンセプシオンにおいても、熱水噴出孔やその他の地熱現象が調査されている[58]。

分布

熱水噴出孔の分布。このマップはInterRidge ver.3.3データベースを利用して作成された。

熱水噴出孔は、地球のプレート境界に沿って分布する傾向があるが、一方でホットスポット火山などのプレート内の場所にも見られる場合もある。2009年の時点で、約500の既知のアクティブな海底熱水噴出孔フィールドが知られており、半分は海底で視覚的に観察され、残りの半分は水柱インジケーターや海底堆積物から疑われている[59]。InterRidgeプログラムでは、既知のアクティブな海底熱水噴出孔フィールドの場所に関するグローバルデータベースを纏めている（http://vents-data.interridge.org/）。

Rogers et al. (2012) [60]では、熱水噴出システムの11の生物地理学的地域を定義している：

  1. 中部大西洋のリッジ州、
  2. 東スコシアリッジ州、
  3. 北東太平洋ライズ州、
  4. 中央東太平洋ライズ州、
  5. 東パシフィックライズ州南部
  6. イースターマイクロプレートの南、
  7. インド洋州、
  8. 西太平洋の4つの州。

チムニー

本来、地質学の面からアプローチが行われてきたが、チムニー周辺に、本来、生物に有害であるはずの硫化水素やメタンなどを材料に有機物を合成する熱水生物群集や、鎧のような硫化鉄の皮膚を持つ生物などが発見されるに至り、生物学的見地からも注目を浴びるようになった。チムニーの生態系はそれぞれに固有のもので、わずか数メートル程の距離の隣り合うチムニーでも生態が異なることが確認されている。まさに鉱床が造られている場所であり、有用金属の採取などからも注目を浴びている。

脚注

  1. ^ Colín-García, María (2016). “Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review”. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana 68 (3): 599–620. doi:10.18268/BSGM2016v68n3a13. 
  2. ^ Chang, Kenneth (2017年4月13日). “Conditions for Life Detected on Saturn Moon Enceladus”. New York Times. https://www.nytimes.com/2017/04/13/science/saturn-cassini-moon-enceladus.html 2017年4月14日閲覧。 
  3. ^ “Spacecraft Data Suggest Saturn Moon's Ocean May Harbor Hydrothermal Activity”. NASA. (2015年3月11日). http://www.nasa.gov/press/2015/march/spacecraft-data-suggest-saturn-moons-ocean-may-harbor-hydrothermal-activity/index.html 2015年3月12日閲覧。 
  4. ^ Colín-García, María (2016). “Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review”. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana 68 (3): 599–620. doi:10.18268/BSGM2016v68n3a13. 
  5. ^ http://www.space.com/missionlaunches/missions/mars_society_conference_010515-1.html
  6. ^ Weinstein, Stuart A., Olson, Peter L. (1989). “The proximity of hotspots to convergent and divergent plate boundaries”. Geophysical Research Letters 16: 433-436. http://adsabs.harvard.edu/abs/1989GeoRL..16..433W. 
  7. ^ Colín-García, María (2016). “Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review”. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana 68 (3): 599–620. doi:10.18268/BSGM2016v68n3a13. 
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参考文献

関連項目

外部リンク

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