海底に埋もれた地球の気候の秘密を掘削 — なぜ

地球の歴史に関する情報が豊富な地域、ポルトガル沖で堆積物コアを掘削するジョイデス・レゾリューション訓練に参加する科学者チーム。

第397次遠征の科学隊がポルトガル、リスボンのジョイデス決議に到着。 (IODP JRSO、Sandra Herrmann 氏のご厚意)

このストーリーは、毎週の健康と科学のポッドキャスト、The Pulse からのものです。

Apple Podcasts、Spotify、またはポッドキャストを入手できる場所ならどこでも見つけてください。

風の強い日の夜明け前、20人の気候科学者が調査船の最上甲板で震えながら、タグボートが彼らをリスボン港から引き離し、13年かけて2か月にわたる冒険に出発するのを眺めていた。

ジョイデス決議案は、研究者たちを4月25日の吊り橋の下に運び、発見記念碑を通り過ぎて外洋へと運びます。 彼らの目的地は？ 何百万年にもわたって蓄積された気候の秘密を求めて海底深くまで掘削することを計画した一連の立ち寄り地。

この気候科学分野は古海洋学 (過去の海洋の研究) として知られており、その創設者の 1 人は英国の科学者、故ニコラス シャクルトン卿です。 シャクルトンという名前に聞き覚えがあるとしたら、それはおそらくニックが南極探検家サー・アーネスト・シャクルトンの甥だったからでしょう。 有名な大叔父が遠くまで行って新しい領域を開拓したいと考えていたのに対し、ニック・シャクルトンはさらに深く入りたいと考えていました。 彼は、海底から堆積物コアと呼ばれる泥の円筒を収集し、過去のより鮮明な画像をつなぎ合わせました。

シャクルトンは、微化石や鉱物が豊富に含まれるそれらの核の砂と岩の層を分析することで、数十万年前の気温と水温、そして大気中の二酸化炭素の量を計算することができた。 そして彼はまた、ポルトガル沖の北大西洋がそのような研究を実施するのに重要な場所であると判断した。

彼の科学的研究により、シャクルトンはその分野で多くの名声を獲得し、多くの賞やメダルを獲得しました。 しかし、彼は主要プロジェクトを完了する前に、2006 年に癌で亡くなりました。 彼は、近くのヨーロッパ大陸から堆積物が集まる丘や峡谷が海底にあるポルトガルの海岸沖の地域で堆積物コアを掘削したいと考えていました。 ここは海洋学者が北極と南極の両方の水塊を特定した場所でもあります。 シャクルトン氏の研究は、この場所が科学者たちに、300万年から500万年前に遡る地球の気候史の継続的な記録を作成できるコアを提供する可能性が高いことを示した。

ロードアイランド大学の大学院生時代からの古い友人である2人の研究者は、2009年にシャクルトンの研究を完了するよう要望を出すことを決めた。2008年に英国に移住したアメリカ人のデビッド・ホデルは、ロードアイランド大学に在籍している。ケンブリッジの地球科学部では、シャクルトンはそこでキャリアを過ごしました。 ファティマ・アブランテスはリスボンにあるポルトガル海洋大気研究所の研究室を率いており、二人はともに国際海洋発見プログラムの第397次遠征の共同主任研究員を務めている。

約12時間海上で航行した後、船は停止し、12基の巨大なスラスターを降ろします。 これらは金属管に囲まれた大きなプロペラで、船の乗組員が船を所定の位置に保持できるようにします。

長さ 470 フィートのジョイデス レゾリューションは、1970 年代の浮遊石油掘削装置で、1980 年代に化石燃料の代わりに科学掘削用に完全に改造されました。 その甲板には高さ 60 フィートのデリックがそびえ立っています。 油田でよく見るような、大きく開いたはしごのようなピラミッドを想像してみてください。 この船には 1 マイル相当のパイプが積まれており、このパイプがセクションごとにつなぎ合わされてドリルストリングと呼ばれるものが形成されます。 船は回転を繰り返し、デリックの頂上から「ムーンプール」と呼ばれる船の穴を通って伸び、約15,000フィートの水深を通って海の底まで突き進みます。

海底に到達すると、パイプが堆積物にドリルで穴を開けます。 次に、ドリル作業員は長さ 30 フィートのプラスチック チューブをパイプに落とします。 先端に金属が付いており、それが穴に入ると、プラスチックチューブ全体が泥で満たされるまでさらに深く押し込まれます。

ザ・パルスを購読する

健康と科学の中心となる人々と場所についての物語。

その時点で、乗組員は一連のツールを使用してプラスチックチューブを甲板に戻し、科学技術者に引き渡します。 彼らはヘルメット、安全メガネ、つま先がスチール製のブーツを履いて、科学実験室の外にあるキャットウォークに堆積物のコアを運び出すのを待っている。 ここから研究が始まります。

空のチューブが次々と海と堆積物を突き抜け、船の甲板に戻り、船上で利用可能なさまざまな分析が行われます。

アブランテス氏とホデル氏、そして彼らの前のシャクルトン氏がこれらの場所で掘削を行おうとした理由は、ここの海底の堆積速度が速いためです。つまり、砂、花粉、小さな生き物が海底に沈む速度です。 それが何千年にもわたって、科学者が探している情報の層を作成するものです。 ここでのそのプロセスは、海洋の他の場所よりも約 10 倍速いです。

ホデル氏によると、1990年代にシャクルトンがまさにこの場所で画期的な発見をし、この遠征のきっかけとなったという。 その旅行は掘削船ではありませんでした。 代わりに、より短いコアのみを許可するテクノロジーが使用されました。 JOIDES 決議では、科学者たちは海底下 1,600 フィートもの深さから堆積物のコアを引き上げることができます。 シャクルトンの核は、堆積物の深さ 150 フィート未満から出てきました。 しかしホデル氏は、シャクルトン氏は依然として彼らから多くのことを学んだと言う。

「彼は、地表の記録がグリーンランドとまったく同じであり、底の記録が南極とまったく同じであることを実証しました」とホデル氏は語った。 言い換えれば、シャクルトンは海底の真下から掘り出した泥から、極地の氷床コアで見つかったのと同じ詳細が明らかになったことを発見した。

「『ああ、これはグリーンランドの氷床コアの記録にそっくりで、これは南極の氷床コアの記録にも似ている』と言うのは、まさに夢のような瞬間だったに違いない」とホデル氏は語った。 「彼はそれについてたくさんの論文を書きました。」

この画期的な発見は、微化石や花粉、その他イベリア半島の沖合にあるこの地域の堆積物を構成するすべてのものを利用して、地球の特定の時期の地球規模の気候をより詳細に把握するのに役立つ可能性があることを意味したため、非常に大きな成果でした。歴史。

サンプルを分析するには多くの化学分析と顕微鏡での何時間もかかるが、ホデル氏によると、世界中の海洋でこのような記録が得られる場所は他にないという。

「海洋の 1 つの場所、1 つの堆積物コアが、両極およびヨーロッパ大陸とのつながりや構成要素を持つことができるということは、少し気が遠くなるような気がします」と彼は言いました。特別。"

シャクルトンが発見する前は、極地の気温と水温に関する詳細は氷床コアから得られていました。 つまり、研究者は氷が存在していた時代、つまり南極では約 80 万年前、グリーンランドでは 15 万年未満までしか状況を研究できなかったのです。

現在、彼らはここからの堆積物を使用して、地球がはるかに暖かかったときの極地の様子を示す画像を作成できるようになりました。 それは現在の気候モデルをより堅牢にするのに役立ちます。 過去の気候をより深く理解することは、人々がこれから起こる変化に備えるのにも役立つかもしれない。 シャクルトンはその可能性に最初に気づいた人だ。

「私たちは、彼の願い、夢をある意味満たしていると感じています」とホデルは語った。

亡くなった科学者の業績、さらにはその精神が、この使命に大きく影響を与えています。 ホーデルはシャクルトンと直接協力したことも、彼と一緒にコアリング遠征に参加したこともなかった。 しかし、アブランテスはそうしました。

彼女は1990年代半ばにシャクルトンと一緒に船に乗っていて、彼らは基本的に24時間体制で働き、研究のために炉心を引き上げたりサンプルを採取したりしていたという。

「私たちは4時間働いて、4時間サンプリングし、4時間休憩しました」と彼女は言いました。「そして、私たち2人も一緒にサンプリングしました、そしてそれはとても楽しかったです。」

彼女は、彼らがボートの側面からパイプを落とす準備をしている写真を持っています。 写真では、安全上の理由から、シャクルトンはショートパンツとサンダルを履いていますが、今日ではこれは許可されていません。 アブランテスさんは、音楽を演奏するときだけレースアップシューズを履いていたという。

「彼はとても真剣に取り組んでいたので、スーツを着て靴を履くのはそのときだけでした」と彼女は彼の音楽の追求について語った。 科学的な成功に加えて、彼は優れた木管楽器奏者およびコレクターでもありました。

「彼はかつて私に、音楽が自分の人生であり、科学が趣味だと言いました。」

シャクルトンの画期的な研究は、イベリア海辺縁辺を掘削して独自の発見を明らかにするために集まったアブランテスとホーデルら 20 人の科学者を含む多くの人々に影響を与えました。 科学者らは、過去300万～400万年にわたって地球の気候が1000年ごとにどのように変化したかを示したいと考えているが、これは非常に詳細な記録となり、大事業となる。 また、それらの泥の層が地球の軌道の変化をどのように記録しているかを学ぶこともできるかもしれません。

約 2 週間海で過ごすと、次々と泥の管が海底から浮かび上がってきます。その数は、穴ごとに 50 個にも及ぶ場合もあります。 各コアの長さは約 30 フィートで、作業員は各場所にいくつかの穴を開けます。 彼らは数時間ごとに、船の研究室の運営、コアの管理、科学パーティーのサポートを担当する熟練した科学者および経験豊富な船員である科学技術者にコアを引き渡します。 各コアがデッキに到着すると、技術者は慎重に測定し、長さ 3 ～ 4 フィートのセクションに切断します。 これらはレーザー彫刻機で慎重にラベル付けされています。

その後、各セクションは、さまざまな機械に供給される軌道上にある船の多くの実験室を通過する旅を開始します。 その後、技術者は電動のこぎりを使用してシリンダーを縦に切断し、分割します。 ついに、コアが広げられ、内部の堆積物が初めて人間の目にさらされます。 それぞれのコアが異なります。

「青い堆積物から有孔虫がいっぱいの真っ白なチョーク、ガラスでいっぱいの赤みがかった堆積物まである」とアブランテス氏は語った。 特定の有孔虫、または有孔虫、およびナノ化石の種は、特定の期間と相関することが知られています。 したがって、微化石の専門家が種を特定すると、堆積物の年代を大まかに特定することができます。

科学者らが 300 万年から 500 万年前の泥という目標をはるかに超えていることがすぐに明らかになりました。 コロンビア大学のジェリー・マクマナス教授は、核記述研究室で、泥の中で予期せぬものを発見します。

「我々は突然、1000万年よりもかなり古い、おそらく1400万年も前のいくつかの核を回収した」と同氏は語った。 「そしてそれらは驚くほど多様でした。」

素人目にも、緑と茶色の明暗の層が見えます。 そして泥の中にはあらゆる種類のおいしいものが眠っています。

マクマナス氏は、「砂の中には軟体動物の殻の大きな塊や、明らかに海岸に近い場所、あるいは地表に近い場所から落ちてきたものと考えられるものがあった」と述べた。 「そして、これはすべて大きな驚きでした。そして、これらは美しい堆積物でした。」

予期せぬ出来事のスリルにもかかわらず、船上の科学のペースは容赦ないものです。 堆積物を最大限に収集するという最終目標を達成するために、全員が 12 時間交代で働いています。

アブランテス氏とホーデル氏は、十数か国から集まった科学党のメンバーを厳選した。 彼らは、幅広い経験と専門知識を持つチームを求めていました。 アブランテス氏は、ニック・シャクルトンもそうやって働いていたと言う。 彼女によると、シャクルトンは競争を脇に置き、最高の科学を目指してチームとして協力することを常にモデルとしていたという。

「これは若い人たちにとって本当に良い教訓になると思います」と彼女は述べ、この遠征には、若手の教員や長年研究を続けてきた教授に加えて、数人の大学院生や博士研究員も含まれていると指摘した。

博士研究員のメイ・ファンは台湾で育ち、香港で博士号を取得しました。 彼女が遠征に参加したとき、彼女はスミソニアン博物館で博士研究員を修了していましたが、現在はプリンストン大学で別の博士研究員を始めています。 彼女は以前、大学院生としてジョイデス・レゾリューションに参加しており、今回はブラウン大学の終身在職教授であるティム・ハーバートと二人の研究室を共有しています。 ファンさんは、学術的な階層構造を解消するチームで働くことを大切にしていると語った。

「私が大人になったとき、私たちは先輩たちに質問したり、挑戦したりすることを許されませんでした」とフアンさんは語った。 「ここでは、誰もが異なる経験をしていますが、誰もが平等であり、誰もが独自の方法で貢献できます。」

彼女は簡単なコードの書き方を知っています。 そのスキルにより、彼女はハーバートが持っていたが、それを追求する方法がわからなかったアイデアを実行することができました。

コロンビア大学でジェリー・マクマナスとともに博士号取得に取り組んでいる大学院生のセレステ・パローネさんも、船内の雰囲気が親密な関係を育むことに気づいています。

「科学者としてのキャリアのさまざまな段階にある人々と話せて、実際に友達になれるのは素晴らしいことだった」とパローネ氏は語った。

船では、パローネはマクマナスとは逆のシフトで中核記述研究室で働いています。 しかし故郷では、彼女はすでに南米太平洋岸沖のコアを使用して博士号プロジェクトを進めています。 マクマナス氏は、ニック・シャクルトン氏の遺産は再び宙に浮いていると語る。 2004年に遡ると、彼とシャクルトンはジョイデス決議号で一緒に航海する予定だったが、シャクルトンは体調を崩して行けなくなった。 マクマナス氏は、シャクルトン氏が実際にその遠征で興味を持っていたのは1つの場所だけだったと語る。 彼らは彼なしでそれを訓練した。

「そして、まさに今日とのつながりは、セレステ・パローネが同じ場所で論文の研究を行っているということです」とマクマナス氏は言いました。「それは、ニック・シャクルトンがその遠征から研究したいと思っていた唯一の場所でした。」

2か月間海上で活動した後、科学者らは4つの地点で掘削を行い、膨大な量の泥を収集した。 彼らは、中核から出てきた予期せぬ調査に応じて、当初の研究計画を修正した。

最後に、彼らは最後のコアを持ち込むために集まります。 みんな少し目がくらんでいる。 彼らは4マイル相当の泥を集めた。 最後のコアが引き渡されると、今度は技術者が科学者たちにキャットウォークで一緒に作業するよう招待するのですが、アブランテスはグループに目を向けます。

「やあ、みんな、やったよ！」 彼女は言いました。 泥拾いも終わり、遠征も終わりに近づいてきました。 3日後、タグボートがジョイデス決議案をスペインのタラゴナ港に引き込みます。 コアのパレットが降ろされます。 これらはヨーロッパと米国の研究所に出荷される予定です。 科学者たちは家に帰ります。

海洋冒険は終わりましたが、発見はまだ始まっていません。 遠征の共同主任科学者であるデイビッド・ホデル氏は、時間がかかる可能性があると警告している。

「遠征直後に派手な何かが現れるかもしれない」と彼は言った。 「しかし、私はスローバーンのものにもっと興味があります。」

これらは数年、あるいは数十年かかるかもしれない研究です。 この乗組員の最年少メンバーが別の世代の古海洋学者を指導するのに十分な期間があり、ニック シャクルトンの遺産はさらに広がります。

フリージャーナリストのエイミー・メイヤーは、第397次遠征隊の船内アウトリーチ担当官でした。

WHYY は、事実に基づいた詳細なジャーナリズムと情報のソースです。 非営利団体として、私たちはあなたのような読者からの財政的支援に依存しています。 今日あげてください。

受賞歴のあるホスト、マイケン・スコットと一緒に、毎週、健康と科学の世界の予期せぬコーナーへの冒険に出かけましょう。

13:43

13:55

気候変動活動家たちは、数兆ドルを化石燃料から再生可能エネルギーにシフトするためにどのように取り組んでいるのか

彼らは、道徳的説得と財政力の両方を持って、企業、資産運用会社、退職金基金をますますターゲットにしています。

4日前

フィラデルフィアは頻繁に熱波と洪水に見舞われるだろうとドレクセル報告書は述べている

環境科学者たちは、フィラデルフィアにおける気候変動の潜在的なコストとそれに備える方法を評価しています。

2週間前

ペンシルバニア州は、放棄された油井およびガス井を規制する委員会の権限を制限した。 民主党はそれを回復したいと考えています。

州議会の委員会は火曜日、従来の井戸掘削業者の債券価格を引き上げる環境品質委員会の能力を復活させる法案を可決した。

2週間前