Earthquakes as a potential energy source for subsurface deep biosphere

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02006
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: HIROSE Takehiro 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 研究所長 (40470124)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 地震 / 断層 / 水 / 地下生命圏 / 酸化還元反応

Outline of Final Research Achievements

In order to explore a hypothesis that the redox reactions associated with an earthquake could provide a potential metabolic energy source for life on the earth, we have conducted high-velocity friction experiments that is capable of reproducing coseismic faulting and determined redox change within a fault by X-ray absorption near edge structure (XANES) analysis. The experimental and analytical results indicated that the iron in the rock samples is rapidly oxidized during coseismic faulting and that such rapid oxidation reaction results from the chemical reaction between nanoscale iron particles formed by faulting and supercritical water formed due to frictional heating. This coseismic redox change could provide a potential energy source in subsurface microbial ecosystems.

Free Research Field

岩石力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地震時には地下深部で膨大なエネルギーが放出される。その大部分は熱となり、断層帯内部での岩石と水の物理化学反応を促進する。この動的な物理化学プロセスが地震発生プロセスに大きく寄与していることのみならず、地震エネルギーに依存した地下生命の可能性を指摘するに至った。また、断層内部物質の酸化還元反応を、放射光XAFS分析によって定量的に解析する手法を確立することができた。今後、本研究で確立された実験分析手法を活用した研究を進めることで、沈み込み帯での地震活動－物質循環－生命プロセスの総合的な理解に繋がると期待される。