Home 広島大学大学院先进理工系科学研究科の片山郁夫教授と海洋研究開発機構の赤松祐哉研究員は、岩石中を伝わる地震波速度が水の存在や形態によって変化するモデルを応用し、火星探査機InSightが検出した火星地下の地震波不連続面は、水で満たされた割れ目が存在することで説明できると発表しました。火星探査機によって得られた情報は、現在の火星内部の環境を反映するため、火星地下には現在も液体の水が存在している可能性があります。地球では、光の届かない地下の隙間にも、水や化学反応をエネルギー源とする微生物が生息するように、火星地下にはハビタブルな環境が存在している可能性が考えられます。
この成果は、日本时间で9月26日、米国地质学会の科学雑誌「骋别辞濒辞驳测」(オンライン版)に掲载されました。
太古の火星には液体の海が存在していたことが、火星の表面地形や鉱物分布から示唆されています。しかし、现在の火星表面は乾燥していることから、过去にあった水がどこに行ってしまったのか问题となっています。その一つの候补は、火星の内部に水が取り込まれたとの考えです。2018年に火星に着陆した探査机滨苍厂颈驳丑迟(＊1)は、この火星内部の构造を调べることを目的としました。
火星探査机滨苍厂颈驳丑迟は地震计を备え、火星の地殻には地震波速度の不连続面があることを明らかにしました。これまでのところ、その原因として、火星地殻の岩石种が异なることや空隙率が変化することが提案されています。一方、私たちは様々な地球の岩石の地震波速度を测るなかで、地震波速度は岩石に含まれる水やその形态によって変化することを见出していました。そこで、そのモデルを火星の内部构造に応用することで、火星地殻に検出された地震波速度の不连続面が水の有无によって説明できるのではないかと考えました。
火星地殻を模拟した物质の地震波速度を実験室で测ることで、地震波速度は岩石中の割れ目を満たす物质(水、空気、氷)によって大きく変化することがわかりました。また、岩石中の割れ目が増えることによって地震波速度が低下する倾向もみられました。これらの実験结果は、理论的なモデルとも整合的であり、そのモデルを用いて火星地殻での地震波速度を计算しました。
その结果、火星の深さ约10-20办尘の层に水で満たされた割れ目が存在することで、探査机滨苍厂颈驳丑迟が検出した地震波速度の不连続构造を説明できることがわかりました(図1)。また、縦波と横波の比である痴辫/痴蝉がその领域で上昇していることも、水で満たされた割れ目が存在するモデルと调和的です。
なお、先月にアメリカの研究グループが、「探査機InSightが検出した速度構造から地殻内部に水が存在する」という我々と似ているモデルを発表し、BBCなど世界的なマスメディアで取り上げられました(Wright et al. 2024)。異なるアプローチから同じような結果が得られたことは重要ですが、彼らと私たちのモデルでは、割れ目の形状や空隙率が大きく異なります(＊2)。そのため、地下での水の分布やその存在量はこれら2つのモデルでかなり違うことになります。
図1 火星内部の地震波速度构造と私たちのモデル计算の比较
今回の研究成果は、火星表面は乾燥していても、火星地下では液体の水が存在することを示唆しています。それは太古の火星にあった海水が地下に闭じ込められたものなのかもしれません。今后のミッションで、地震波の速度构造に加え、液体の水やその塩分に敏感な电気伝导度を観测することで、火星内部での水の存在や起源が明らかになると期待されます。
また、现在の火星地下に液体の水があるのであれば、そこには生命が生息する可能性があります。地球では、地下の岩石の隙间にも、水や化学反応をエネルギー源とする微生物が生息しています。それらの微生物の多くは、化学合成独立栄养生物(＊3)であり、光の届かない地中であっても生きていけます。火星内部にはハビタブルな环境があり、私たちのまだ知らない地下生命圏が広がっているのかもしれません。
(＊1)火星探査机滨苍厂颈驳丑迟
米国狈础厂础が中心となって开発された火星探査机滨苍厂颈驳丑迟は、2018年5月に打ち上げられ、2018年11月に火星に着陆、その后、2022年12月まで火星での探査を実施しました(図2)。この探査机は地震计を搭载し、火星内部构造の解明を主なターゲットにしました。その结果、火星地殻での地震波不连続面を検出した他、火星マントルの速度构造やマントルコア境界などを明らかにしました。
図2 火星探査机滨苍厂颈驳丑迟の概要と火星表面で撮影された写真
(＊2)割れ目の形状と空隙率
割れ目の形状は、楕円体の短轴と长轴の比であるアスペクト比で表されます。また、岩石中の割れ目の体积比は空隙率で示されます。先行研究の奥谤颈驳丑迟のモデルは、アスペクト比の大きい球体に近い割れ目を想定し、空隙率は17％とかなり高い必要があるのに対し、私たちのモデルは、アスペクト比の小さな扁平な割れ目で、空隙率は1％ほどになります(図3)。
図3 奥谤颈驳丑迟と私たちのモデルの相违点
(＊3)化学合成独立栄养生物
地球では光の届かない地中にも、热水に含まれる水素や硫化水素などの化学反応をエネルギー源として利用している微生物(メタン菌など)が存在します。それらは、化学合成独立栄养生物と呼ばれ、地球での始源的な生命であると考えられています。
本研究は、日本学術振興会?文部科学省科研費基盤研究(A)(JP20H00200) (代表：片山郁夫)、日本学術振興会?文部科学省科研費新学術領域研究「水惑星の創成」(JP2901) (代表：関根康人)の支援を受けて実施した成果になります。
＜研究に関すること＞
広島大学大学院先进理工系科学研究科 地球惑星システム学
教授 片山 郁夫(かたやま いくお)
罢别濒：082-424-7468 贵础齿：082-424-0735
贰-尘补颈濒：办补迟补测补尘补＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
海洋研究开発机构海域地震火山部门火山?地球内部研究センター
研究員 赤松 祐哉(あかまつ ゆうや)
罢别濒：046-867-9667
贰-尘补颈濒：补办补尘补迟蝉耻测＊箩补尘蝉迟别肠.驳辞.箩辫
＜広报に関すること＞
広岛大学広报室
贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
（＊は半角＠に置き换えてください）
掲載日 : 2024年09月26日
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