なぜ、

液体CO₂に注目するのか？

 

 

深さ約3000メートルより浅い海では

液体CO₂は水よりも軽いので、

 

海の中では自然に海底に沈みこむことはありません。

 

熱水噴出孔の周辺に溜まっているといっても、

何らかのフタや傘のような構造の下に溜まっています。

 

 

 

 

図3：海底下から噴出する気泡のように見えるものが液体CO₂。

 

この採取地点は、

 

水深約1000メートルのため液体CO₂が水よりも軽く、

 

地中から噴出している

 

 

この画像は、

沖縄トラフで海底下に液体CO₂が溜まっていた

場所を崩してみたところです。

 

液体CO₂がガスのようにボコボコと

噴き出している様子がわかると思います。

 

 

 

水と混ざらず、

有機物は溶け込む

液体/超臨界CO₂はなぜ海底熱水説の

弱点を解決できるのですか？

それは液体/超臨界CO₂の特殊な性質にあります。

まず、液体/超臨界CO₂は水をほとんど溶かしません。

まるで水と油のように、

水とは混ざり合わないんです。

それでいて、

さまざまな有機物や金属を溶かします。

疎水性（水に溶けにくい性質）の

有機溶媒みたいな性質を示すということです。

図4：渋谷さんの研究室では木星の衛星「エウロパ」の海底を再現する実験も行っている。この実験では、100度、2000気圧での海水と鉱物の反応の様子を調べている。（撮影：柏原 力/講談社写真部）

液体/超臨界CO₂の中は「水がない環境」なんですね！

そういうことです。

液体/超臨界CO₂が溜まっている場所があることで、

熱水噴出孔の周辺に水がある環境とない環境ができるんです。

それによって、

ウオーター・パラドックスを解決できると考えています。

水がない液体/超臨界CO₂の中で

生命の材料を作る反応が進み、

それらの材料を使って生命が誕生したあとは、

となり合う海水や熱水の中でエネルギー代謝を

行うことができます。

液体/超臨界CO₂プールと海水の境界領域は、

まさに生命誕生にうってつけの場所なんです。

液体/超臨界CO₂が溜まっているところと海水の境界では、

有機物の水に溶けやすい部分と

溶けにくい部分が同じ向きに並んで集まりやすくなります。

それは膜の形成につながったかもしれません。

また、

DNAなどの遺伝物質は水の中では不安定で

どんどん分解してしまいますが、

超臨界CO₂の中では安定であることもわかっています。

これらの性質も、

生命誕生の場としては非常に便利な性質です。

水より軽いのに、

なぜ海底下にあるのか？

水より軽い液体/超臨界CO₂が海底下に溜まることは、

すごく難しいのではないですか？

液体CO₂が冷たい海水に触れると、

反応して「CO₂ハイドレート」という特殊な氷になるんです。

CO₂が100％の氷（固体）はドライアイスですが、

CO₂ハイドレートはCO₂と水が混ざった氷です。

熱水噴出孔周辺では、

海底火山のマグマによってCO₂を多く含んだ熱水が作られて、

地下深くから上昇してくると考えられます。

上昇する過程でCO₂が分離して、

液体/超臨界CO₂ができます。

海底近くまで上がってきた液体/超臨界CO₂は、

冷たい海水と反応してCO₂ハイドレートを作ります。

すると、それがフタの役割をして、

深海/超臨界CO₂が浮き上がるのを防ぎます。

こうして、

海底下に液体/超臨界CO₂が溜まって、

プールができるのだと考えています。

 

図4：海底下に存在するCO₂ハイドレート。

 

「しんかい2000」による採取。

 

南西諸島第4与那国海丘　水深1383メートル

液体CO₂が海底からボコボコと噴き出している

様子の写真がありましたが、

あれははフタになっていたCO₂ハイドレートを壊したことで、

液体CO₂が出てきたものなんです。

40億年前にも存在したのか？

同じようなことが、

40億年前の地球でも起きていたんですか？

はい、

熱水噴出孔と液体/超臨界CO₂プールは、

初期の地球にもあったと考えています。

実際に、

35億年前の地層から液体/超臨界CO₂の痕跡と

思われるような物質が見つかっています。

西オーストラリアのノースポール地域にある

35億年前の岩石の中から、

液体CO₂を内部に含んだ鉱物が報告されているんです。

これは、

液体CO₂が初期地球でも作られていた証拠になると思います。

地層に残っていたのは35億年前のものですが、

生命が誕生した40億年以上前にも、

海底下には液体/超臨界CO₂プールが

存在しただろうと考えています。

ウォーター・パラドックス

を解決できる！

下の図は、

生命の起源に関する「液体/超臨界CO₂仮説」の

全体像をまとめたものです。

40億年以上前の冥王代は、

今よりも大気中のCO₂濃度が高くて、

海水に溶けていたCO₂の量も多かったと考えられています。

そんな高CO₂海水が海底下の深くまで浸透していって、

マグマに温められます。

さらに、

海底下の岩石中でCO₂を多く含んだ熱水からCO₂が分離し、

大量の液体/超臨界CO₂が作られます。

それが上昇してきて、

海底下に溜まるというストーリーです。

 

図5：液体/超臨界CO₂仮説

こうしてできた液体/超臨界CO₂プールで

生命の材料を作る反応が起き、

それを元に海水や熱水との境界領域で、

最初の生命が誕生した。

これで海底熱水説の長年の課題だった

ウォーター・パラドックスを解決することができます。

海底熱水説の弱点はなくなったと考えてもよいでしょうか？

問題点はだいぶクリアされたと思います。

もちろんまだ実験などを行って、

検証する必要はありますが、

かなりの部分が解決できると考えています。

この説を補強するための3つの検証

この仮説の検証のために、

今後何を行う予定ですか？

3つの検証計画を考えています。

1つ目は、

液体CO₂に何が溶けるかを深海探査で明らかにすることです。

実は、

液体CO₂に何が溶けるかは、

まだよくわかっていない部分があります。

沖縄トラフの液体/超臨界CO₂プールから

採取してきた液体CO₂を使って、

中に溶けこんでいる成分を分析する予定です。

おそらく生物の死骸の一部が

溶けこんでいると思うのですが、

生物を構成する物質のうち、

どの成分が溶けるのかをはっきりさせる予定です。

 

図6：沖縄トラフの液体/超臨界CO₂プールから

 

液体CO₂を採取する様子

先ほど西オーストラリアの35億年前の岩石の中から、

液体CO₂の存在を示す証拠が見つかっていると話しました。

2つ目としては、

その地域のサンプルをもっとくわしく分析して、

当時の水や液体CO₂に何が溶けていたかを

明らかにしたいと考えています。

それ以外にも、

初期地球のさまざまな地質記録について、

生命の起源に関連した物質や情報を

見落としていないかどうか、

あらためて全部見直したいと思っています。

新しい視点で見直せば、

古い地層から液体CO₂があった証拠などが

新たに見つかる可能性もあります。

それは膨大な作業になりそうですね。

あと1つは何ですか？

3つ目としては、

液体CO₂が周囲の海水と反応すると何が起きるかを、

実験で詳細に明らかにしたいですね。

液体CO₂が海水と反応するとCO₂ハイドレートが

できるんですが、

そのときに中に溶けていたものが

濃集するのではないかと考えています。

ほかにも、

生命の材料を作る反応に役立つような、

いろんな現象が起きるかもしれません。

深海の熱水噴出孔と、

地上にある初期地球の地質記録、

そして実験を組み合わせて、

この仮説を補強していきたいですね。

応用研究にも広がる可能性

液体/超臨界CO₂に関する研究は、

生命の起源だけにとどまらない

応用可能性があるとうかがいました。

液体/超臨界CO₂は、

まだまだ性質がよくわかっていません。

生命の起源に関する研究の一環として

その性質を明らかにしていけば、

ほかの分野にも波及効果があると考えています。

たとえば、金属を吸着する性質を利用して、

有害な金属を回収することに使ったりもできると思います。

あとは温室効果ガスであるCO₂を液体にして、

海底下に貯留する技術への応用なども考えられます。

応用できる分野が幅広いですね。

いろんな応用が考えられますが、

まずは生命の起源にせまりたいですね。

海底熱水説の唯一の弱点を克服できるのは、

液体/超臨界CO₂仮説しかないだろうと思っています。

実験などでどんどん証拠を積み上げていって、

強い説にしていきたいですね。

誰もやっていなかった研究なので、

研究を進める中で新しい発見が

いくつもあるんじゃないかとワクワクしています。

我々のグループ以外にも、

興味を持った方がいたらぜひ参入してほしいですね。

研究者が増えれば一気に研究が進みますから。

そのためにも我々がまず頑張って、

面白い成果を出さなきゃいけないなと思っています。