アルカリ熱水孔における炭化水素とアンモニアの形成: Synthesis of Hydrocarbon and Ammonia at an Alkali Hydrothermal vent

かんらん岩などのマントル物質が高温の水と接触すると、蛇紋岩化反応が進行する(McCllom and Bach 2009; Bach et al. 2006)。

2Mg1.8Fe0.2SO4→Mg2.85Fe0.15SiO5(OH)4+Mg0.75Fe0.25(OH)2
かんらん岩 蛇紋岩　　　フェロブルーサイト

フェロブルーサイトは、さらに分解して

12Mg9.75Fe0.25(OH)2→Fe3O4 + 9Mg(OH)2　+　H2　+　2H2O
フェロブルーサイト 磁鉄鉱　　ブルーサイト

となる(McCllom and Bach 2009)。

その結果、水素ガスに富む強くアルカリに傾いた熱水（~150°C）が噴出する熱水孔が海底に形成される。このようなアルカリ熱水孔において、生体の原材料物質が合成されることがわかってきた（Russel et al. 2010）

このようなアルカリ熱水システムにおいて、二酸化炭素からの炭化水素形成はフィッシャー・トロプシュ型反応で進む。鉄・ニッケル合金は、フィッシャー・トロプシュ型反応を通して、海洋底地殻にあるCO2をC2からC4の炭化水素に変える（Proskurowski 2008）。ここで、金属鉄と鉄・ニッケル合金は、蛇紋岩化システムで期待される物質である(Krishnarao, 1964; Chamberlain et al., 1965; McCollom and Bach, 2009)。これらの金属触媒は、既に存在していた金属の硫化物が、還元的な流体の作用で生じたものである(Frost, 1985; Russell et al.,1989, 1994; Macleod et al., 1994; Delacour et al., 2008; Proskurowski et al., 2008; Klein & Bach, 2009)。また、磁鉄鉱はフィッシャー・トロプシュ型反応の効率の良い触媒である（Chen et al. 2000; Holm et al. 2001）。さらに、Foustoukos and Seyfried（2004）は、鉄とクロムの混合鉱物が炭化水素の合成を進めていることを発見した。

一方、N2からのNH3形成もアルカリ熱水系で起こる。Smirnov et al. (2008)は、熱水孔の再現実験（70℃、PH=6-7）において、金属の鉄(Fe0)が窒素の水素化の触媒として働くことを示した。また、Dorr et al. 2003は、FeSを触媒に、H2Sを電子源として使って、酸性条件（PH3-4）ではあるが、80℃でN2がNH3に変化することを確認した。

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