Research Abstract

エンケラドスのコンドライトに似た核内における高温の水-岩石相互作用と熱水環境

High-temperature water–rock interactions and hydrothermal environments in the chondrite-like core of Enceladus

2015年10月27日 Nature Communications 6 : 8604 doi: 10.1038/ncomms9604

エンケラドスのコンドライトに似た核内における高温の水-岩石相互作用と熱水環境
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土星の衛星であるエンケラドスには、氷地殻の下に液体の水からなる海洋が存在する。最近、エンケラドス地下海に由来するシリカのナノサイズ粒子が探査機カッシーニによって見つかったことは、地下海の海底で現在も岩石と高温海水との熱水反応が進行していることを示している。本論文では、このようなエンケラドスの熱水環境をさらに制約する実験結果を報告する。まず、シリカナノ粒子の形成を維持するためには、エンケラドスの岩石組成は、地球のマントルのような組成ではなく、隕石である炭素質コンドライトの組成と似ている必要があることがわかった。また、熱水環境にはNH3およびCO2は安定して存在し、これらに富んだ海水組成だというこれまでの探査データとも矛盾しないこともわかった。本研究の結果が示唆することは、シリカナノ粒子を生成するためには、エンケラドスの地下海が氷地殻と物質のやり取りがあろうがなかろうが、反応温度が50℃以上と高いことが必要だということである。そのような高温は、エンケラドスが太陽系形成の直後に形成されたか、あるいは現在の活動が最近おきた加熱イベントが引き金となって生じたかのどちらかを示唆している。本研究が示唆する熱水環境下では、岩石と水との反応で水素生成が効率的に進行する。このことは、化学独立栄養生命にとっての化学エネルギーが、エンケラドス内部で効率よく提供されていることを意味する。

Yasuhito Sekine, Takazo Shibuya, Frank Postberg, Hsiang-Wen Hsu, Katsuhiko Suzuki, Yuka Masaki, Tatsu Kuwatani, Megumi Mori, Peng K. Hong, Motoko Yoshizaki, Shogo Tachibana & Sin-iti Sirono

Corresponding Author

関根 康人
東京大学 理学部 地球惑星科学専攻

It has been suggested that Saturn’s moon Enceladus possesses a subsurface ocean. The recent discovery of silica nanoparticles derived from Enceladus shows the presence of ongoing hydrothermal reactions in the interior. Here, we report results from detailed laboratory experiments to constrain the reaction conditions. To sustain the formation of silica nanoparticles, the composition of Enceladus’ core needs to be similar to that of carbonaceous chondrites. We show that the presence of hydrothermal reactions would be consistent with NH3- and CO2-rich plume compositions. We suggest that high reaction temperatures (>50°C) are required to form silica nanoparticles whether Enceladus’ ocean is chemically open or closed to the icy crust. Such high temperatures imply either that Enceladus formed shortly after the formation of the solar system or that the current activity was triggered by a recent heating event. Under the required conditions, hydrogen production would proceed efficiently, which could provide chemical energy for chemoautotrophic life.

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