海水の滴には古代世界の痕跡が含まれています

May 30, 2023

海塩には秘密が隠されています。それは、海水の小さな水滴が地質学的歴史を保存していることです。

プリンストン大学博士研究員メブラツ・ウェルデゲブリエル博士'22とビンガムトン大学地球科学特別教授ティム・ローウェンスタインは、国立科学財団の助成金から得た特殊な装置を使用して、過去1億5千万年にわたる海水化学の変化を再構築することに成功した。また、関連する地質学的プロセスや気候変動についての洞察も得られます。 彼らの論文「海底熱水システムは海水 [Li+] の長期変化を制御する: 流体含有物からの証拠」が最近、雑誌 Science Advances に掲載されました。

海は「さまざまな要素が入った巨大なスープのようなものです」とローウェンスタイン氏は説明した。 「最も一般的なものはナトリウムと塩化物ですが、リチウムなど微量で海水に溶けているものは他にも数十種類あります。」

彼らは、米国、ヨーロッパ、アジア、アフリカの地理的に多様な堆積盆地で、過去 1 億 5,000 万年以上のさまざまな時期に形成された海塩 (岩塩) を調べました。 塩サンプルの中には、古代の海水が少し含まれた小さなポケットがありました。

小さな液滴にアクセスするために、研究者らはレーザーを使用して塩の結晶に穴を開け、次に質量分析計を使用して存在するさまざまな微量元素を分析しました。 この研究では、マグネシウムとカルシウムの比率の上昇と並行して、過去1億5千万年にわたって7倍の減少を続けた微量元素であるリチウムの濃度に特に焦点を当てた。

しかし、なぜ？

海水組成の長期変動の原因については、過去 20 年間にわたって議論されてきました。 研究者らは、海水中のリチウム濃度の低下は主に海洋地殻の生成減少と海底熱水活動の低下に関連しており、どちらもプレートの動きの影響を受けると提案した。 過去 1 億 5,000 万年間にわたるプレート活動の減速により、海洋に添加されるリチウムの量が減少し、大気中に放出される二酸化炭素の量が減少し、最終的に地球規模の寒冷化と現在の氷河期につながりました。 時計の針を 1 億 5,000 万年前に戻すと、地球は大気中に二酸化炭素が多く、海中にリチウムが多く存在する温暖な場所でした。

「海洋化学と大気化学の間には密接な関係があります」とウェルデゲブリエル氏は言う。 「海洋で起こっている変化は、大気で起こっていることも反映しています。」

全体として、ウェルデゲブリエルとローウェンシュタインの研究は、地球の古代の海の化学と、地殻プレートの動きが地球の水圏と大気の組成にどのような影響を与えたかを理解する上で大幅な進歩をもたらしました。 このような化学変化は、炭酸カルシウムから殻を作る海洋生物などの生物学にも影響を与えます。

「海洋と大気は互いにつながっており、それらがどのように変化するかは関係しています」とローウェンスタイン氏は説明した。 「すべてはつながっている。」