ブラインプール

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これらのクレーターは、塩が海底から浸透し、近くの基質を覆っている塩水溜まりの形成を示しています。
メキシコ湾の塩水溜まりのNOAAレンダリング。
シンカイヒバリガイ科の魚と浸透ムール貝は塩水溜まりの端にあります。

ブラインプールは、水中深海、またはブラインレイクと呼ばれることもあり海底の窪みに集められたブラインの量です。プールは、周囲の海の3〜8倍の塩分濃度を持つ高密度の水域です。塩水溜まりは通常、極地の海氷の下や深海に見られます。海氷の下にあるものは、塩水除去と呼ばれるプロセスによって形成されます。[1]深海の塩水溜まりの場合、塩分勾配を大きくするために塩が必要です。塩は、2つのプロセスのいずれかから発生する可能性があります。塩テクトニクスによる大きな塩の堆積物の溶解[2]または地殻変動センターから出された地熱で加熱された塩水。[3]塩水には硫化水素メタンが高濃度で含まれていることが多く、これらはプールの近くに生息する化学合成生物にエネルギーを供給します。これらの生き物はしばしば極限環境微生物共生生物です。[4] [5]深海および極性の塩水溜まりは、塩分濃度が高く、無酸素特性があるため、海洋動物にとって有毒です[1]。これは最終的に毒素性ショックやおそらく死につながる可能性があります。塩水溜まりの形成頻度とその独特の高い塩分濃度により、人間科学を改善するためにそれらの特性を利用する方法に関する研究の候補となっています。[6]

特徴

塩水溜まりは、海底の「湖」と呼ばれることもあります。これは、濃い塩水が上にある海水と容易に混ざり合わず、水塊の間に明確な境界面ができるためです。プールの面積は、1平方メートル(11平方フィート)未満から120平方キロメートル(46平方マイル)のオルカ盆地までの範囲です。[2]塩分濃度が高いと、塩水の密度が高くなり、プールの表面と海岸線が作成されます。ブラインの密度が高く、深海での混合流がないため、ブラインのプールはしばしば無酸素状態になり、呼吸する生物にとって致命的となります。[7]しかしながら、化学合成活動をサポートする塩水溜まりは、バクテリアとその共生生物がいるプールの海岸で生命を形成します栄養素放出の最高濃度近くで成長します。[8]斑状の赤みがかった層は、これらの環境によってサポートされている高密度の好塩性古細菌のために、密なブライン界面の上に浮かんでいるのを観察できます。[9]これらの海岸は複雑な環境であり、塩分、酸素濃度、pH、および温度が比較的小さな垂直スケールで大幅に変化します。これらの移行は、さまざまな環境ニッチを提供します。[10] [11]

フォーメーション

塩水溜まりは、海氷下での塩水の拒絶、塩テクトニクスによる塩の底水への溶解、および構造境界とホットスポットでの塩水の地熱加熱という3つの主要な方法で作成されます。

  1. ブライン拒絶
    • 海の水が凍ると、塩は氷の結晶構造に適合しないため、塩は排出されます。放出された塩は、海氷の下から海底に沈む、冷たくて濃い塩水を形成します。海洋規模での塩水拒絶反応は、地球規模の熱塩循環(THC)で大きな役割を果たす北大西洋深層水(NADW)南極底層水(AAW)の形成に関連しています。局所的な規模では、その拒絶された塩水は海底のくぼみに集まり、塩水溜まりを形成します。混合がない場合、ブラインは数週間で無酸素状態になります。[1]
  2. ソルトテクトニクス
    • ジュラ紀中期は、メキシコ湾は浅い海であり、乾燥して、最大8kmの厚さの塩と海水由来の鉱物の厚い層を生成しました。湾が水で補充されたとき、塩の層は塩の上に蓄積する堆積物による溶解から保護されました。その後の堆積層は非常に重くなり、変形し始め、より展性のある塩層を下に移動させました。一部の場所では、塩層が海底またはその近くに突き出ており、海底と相互作用する可能性があります。海水が塩と接触すると、堆積物は溶解して塩水を形成します。これらの表面化したジュラ紀の塩鉱床の位置は、深海の塩水溜まりに化学的特性を与えるメタンの放出にも関連しています。[2]
  3. 地熱暖房
    • 地球の海洋構造拡散センターでは、プレートが離れて移動し、新しいマグマが上昇して冷却できるようになっています。このプロセスは、新しい海底の作成に関係しています。これらの中央海嶺は、海水が下向きに浸透して割れ目に入り、そこで鉱物と接触して溶解することを可能にします。たとえば紅海では、紅海深層水(RSDW)が構造境界に作成された亀裂に浸透します。水は中新世の時代に作られた堆積物から塩を溶かしますメキシコ湾のジュラ紀の堆積物によく似ています。得られたブラインは、マグマ溜りの上の熱水活性ゾーンで過熱されます。加熱された塩水は海底に上昇し、そこで冷却され、塩水溜まりとして窪みに落ち着きます。これらのプールの場所は、メタン、硫化水素、および化学合成活動の段階を設定する他の化学物質の放出にも関連しています。[3]

人生のサポート

それらの形成方法と混合の欠如のために、塩水溜まりは無酸素であり、ほとんどの生物にとって致命的です。生物が塩水溜まりに入ると、彼らは環境を「呼吸」しようとし、酸素不足と高塩分による毒素性ショックのために脳低酸素症を経験します。生物が縁に後退するのに十分長く浮上できない場合、それらはすぐに死にます。[12]潜水艦または遠隔操作無人探査機(ROV)で観察すると、塩水溜まりには、死んだ魚、カニ、端脚類、および塩水に飛び込みすぎたさまざまな生物が不気味に散らばっています。その後、死んだ生物は、プールの無酸素性が腐敗を防ぎ、魚の「墓地」を作り出すため、腐敗することなく何年もの間塩水に保存されます。[8]

過酷な条件にもかかわらず、二枚貝などの大型動物相の生命は、塩水溜まりの縁に沿った薄い領域で見つけることができます。紅海の「バルディバディープ」ブラインプールの端に沿って、Apachecorbulamuriaticaとして知られる二枚貝の新しい属と種が発見されました[13]海水界面での大型動物相の塩水溜まりの事例も記録されています。不活性な硫黄の煙突は、多毛類ヒドロ虫類などの関連するエピファウナで発見されています腹足類のような動物相ではcapitellid多毛類、およびニシキウズガイも紅海の塩水溜まりに関連していることがわかっています。このような種は通常、微生物の共生生物または細菌やデトリタスのフィルムを食べます。[14]

生物は通常、塩水溜まりの周辺で繁殖することができますが、ここでの害から常に安全であるとは限りません。この理由の1つとして考えられるのは、海底地すべりが塩水溜まりに影響を与え、高塩水塩水の波が周囲の盆地に流出し、そこに住む生物群集に悪影響を与える可能性があることです。[15]

それらの手に負えない性質にもかかわらず、塩水溜まりはまた、生物が繁栄することを可能にする家を提供することができます。深海の塩水溜まりは、しばしば冷水湧出帯の活動と一致し、化学合成の生命が繁栄することを可能にします。浸透によって放出されたメタンと硫化水素は、浸透ムール貝などの生物と共生関係にあるバクテリアによって処理されます。[16]浸透ムール貝は2つの異なるゾーンを作成します。プールの端にある内側のゾーンは、最高の生理学的条件を提供し、最大の成長を可能にします。外側のゾーンはムール貝のベッドと周囲の海底の間の移行部の近くにあり、この領域はこれらのムール貝の最大サイズと密度が低くなる最悪の条件を提供します。[17]この生態系は化学エネルギーに依存しており、地球上の他のほとんどすべての生命と比較して、太陽からのエネルギーには依存していません[18]

塩水溜まりなどの極限環境の研究の重要な部分は、微生物の機能と生存です。微生物は、塩水溜まりのような環境の周りのより大きな生物学的コミュニティをサポートするのに役立ち、他の極限環境微生物の生存を理解するための鍵となります。バイオフィルムは微生物の生成に貢献し、他の微生物が極限環境で生き残ることができる基盤と考えられています。人工極限環境微生物バイオフィルムの成長と機能に関する研究は、それらが見られる極端な深海環境を再現することが困難であるため、遅れています。[19]

今後の用途

主要なアイデアの1つは、塩水溜まりの塩分を利用して電源として使用することです。これは、浸透圧エンジンを使用して行われます。浸透圧エンジンは、高塩分濃度の上部水をエンジンに引き込み、浸透圧によって押し下げます。これにより、(密度が低く、塩分が軽い)汽水流が浮力によってエンジンから押し出されます。この交換によって生成されたエネルギーは、タービンを使用して出力を生成するために利用できます。[7]

火星に液体の水が存在するかどうかを調べるためにその電気伝導率を利用するために、液体の塩水を調べることができます。[6] HABIT(居住性:ブライン、照射、および温度)機器は、火星の変化する状態を監視するための2020キャンペーンの一部になります。このデバイスには、一時的な液体ブラインの形成を定量化し、非平衡条件下での経時的な安定性を観察するためのBOTTLE(ブライン観察から液体実験への移行)実験が含まれます。[6]

3番目のアイデアは、深海の塩水溜まりで微生物を使用して天然物の薬を形成することです。[27]これらの微生物は、それらが生息する極端な環境のために、さまざまな病気に対する生物活性分子の重要な供給源であり、臨床試験でますます多くの薬剤の可能性を与えています。[28]特に、ある研究での新しい発見は、紅海の塩水溜まりからの微生物を潜在的な抗癌剤として使用した。[29] [30] [31]

深海の塩水溜まりもまた、生物多様性が未踏であるために、ありそうもない環境が生物医学のブレークスルーの源となる可能性があることを期待して、バイオプロスペクティングに大きな関心を寄せています。いくつかの地域は、生合成クラスターで抗菌および抗癌活性をホストすることがわかっています。[32]他の新しい抗生物質耐性酵素は、さまざまな生物医学および産業用途で有用であることがわかっています。[33]

参照

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