【本学研究者情報】

〇環境科学研究科　教授　岡本敦
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【発表のポイント】

• 深海の熱水噴出孔に形成される硫化物チムニー^（注1）が、熱を電気に変える自然の発電装置として働くことを発見しました。
• チムニーは形成初期には電気を通しませんが、成長すると電気を通すようになり、チムニー内外の温度差によって、電子が海水側へ自然に移動します。
• チムニー発達に伴う構成鉱物の割合や温度構造の変化によって、深海底に電気エネルギーが供給される仕組みが自発的に生まれます。

【概要】

深海底の熱水噴出孔では300?Cを超える熱水が冷たい海水に噴き出し、硫化鉱物や硫酸塩鉱物からなる「チムニー」と呼ばれる柱状の構造が作られています（図1）。これまで、熱水と海水の化学的な違いによって電気が生まれる可能性は指摘されてきましたが、熱水の温度の役割はわかっていませんでした。

東北大学大学院環境科学研究科の岡本敦教授らの研究グループは、伊豆?小笠原海域の深海底から採取したチムニー試料について、内部の構造や電気的な性質を詳しく調べました（図2）。その結果、チムニー形成初期には電気を通しませんが、チムニーが成長して成熟するにつれて、鉄や銅、鉛などを含む電気を通しやすい硫化鉱物が、熱水の通り道に沿って膜のように作られることがわかりました。さらに、これらの硫化鉱物は熱を電気に変える性質を持ち、チムニー壁内外の温度差によって、電子が熱水側から海水側へ流れることがわかりました。このことは、チムニーが成長していくある段階で、深海底で自然に発電する仕組みが作られることを示しています（図3）。今後、深海底の生物を支えるエネルギー供給の理解や、噴き出す熱水の熱を利用した発電技術の研究につながると期待されます。

本成果は2026年1月8日、米国地質学会が発行する学術誌Geologyに掲載されました。

図1. 伊豆?小笠原海域の熱水噴出孔のチムニーの産状と鉱物組織。（A）水深1332mの海底で観察される活発に熱水を噴出しているチムニー。（B）海底で熱水の温度計測をしている様子。熱水噴出孔の周辺にカニが生息している。（C）若いチムニーの電子顕微鏡写真。重晶石に富み空隙が多い。（D）閃亜鉛鉱が主体の緻密なチムニー。（E, F）成熟したチムニー試料の断面の写真（E）とその電子顕微鏡写真（F）。熱水流路周りに黄銅鉱に富む層ができている。電子顕微鏡写真の黒色部分は熱水流路（空隙）を示す。

【用語解説】

注1. チムニー：海底の熱水活動によって供給された金属元素が、海底面上で硫化鉱物、酸化鉱物、珪酸塩鉱物、硫酸塩鉱物などとして沈殿し、熱水噴出孔の周囲に形成される煙突状の鉱体。

【論文情報】

タイトル：Self-organized thermoelectric conversion systems on the deep seafloor
著者：Atsushi Okamoto*, Misaki Takahashi, Yoshinori Sato, Ryoichi Yamada, Kentaro Toda, Tomonori Ihara, Tatsuo Nozaki
*責任著者：東北大学大学院環境科学研究科　教授　岡本 敦
掲載誌：Geology
DOI：10.1130/G53463.1

詳細（プレスリリース本文）

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