Adam Sarafianは、地球がそもそもどのようにして海を手に入れたのかを知りたくて、大学院生としてウッズホール海洋研究所にやってきました。

「大きな疑問は、地球がいつどのようにして水を手に入れたのかということです。 “水がどこから来たかについては、どの民族にも神話があります。 旧約聖書の創世記にも、北欧神話にも、そしてギリシャ神話にも、水がどこから来たのかという神話があります。 “地球が形成されて乾燥し、水を待っている状態で、彗星などの湿った天体が比較的遅い時期に地球に衝突して水を得たのか。 つまり、地球がまだ形成されていないときに、火山が水蒸気やその他の含水化合物を地表に放出したということです」

皮肉なことに、この謎の答えは液体の水ではなく、固体の岩石にありました。 サラフィアンらは、地球に落下した古代隕石の希少なサンプルから証拠を抽出するという苦難の道を歩みました。

Heights and hurdles

小学校3年生のとき、サラフィアンは学習障害と診断されました。 “段落を読んで、その段落が何を言っているのかを知ることができませんでした」と彼は言います。 “選択科目を取る代わりに、特別教育クラスを取りました。

しかし、彼は運動が得意でした。 “母はニュージャージー州のイートンタウンに体操教室を持っています。 “私は体育館で育ちました。

高校の陸上部のコーチに誘われて、軽い気持ちで棒高跳びに挑戦しました。

3年生のときには、州大会で優勝することを目標にしました。 “

「3年生のときには、州大会で優勝することを目標にして、ひたすら練習しました。 “彼はすべてのルールと規則を知っていました。 彼はすべてのルールと規則を知っていました。私たちの大会では、棒高跳びのピットが規定外であることを大会ディレクターに伝えました。 大会ディレクターは彼に、『息子よ、跳ぶか跳ばないかは自由だが、あれは我々のピットであり、どこにも行かせない』と言ったそうです」。 “

サラフィアン選手は、25年間続いていた16フィート6インチの州記録を更新しました。

その結果、棒高跳びの奨学金を得てジョージア大学に入学し、NCAAのオールアメリカンとなりました。

「ポールを折ったときに手を骨折したんだ。

「ポールを折るときに手を骨折しました。 手にテープを貼っておけば大丈夫だろう』と思っていました。 そしてシーズン後半には、足がとても痛くなりました」。

陸上競技

地域選手権大会では、サラフィアンは歩くのがやっとでした。 “ジャンプが終わると、マットの上から歩くこともできませんでした。 這うようにして降りました。 全国大会には出られないけど、いい旅ができたな』と思いました」。 “

彼がどこかホッとしていたのには別の理由がある。 大学では、地質学というもうひとつの情熱を持ち始めていたのだ。 地質学の学位を取得して卒業するには、2ヵ月間のフィールドワークが必要で、それが全米大会とほぼ同じ時期に始まったのです。 そして、オフィシャルがやってきて、”You made to the nationals!”と言うのです。 “

全国大会の予選では、足が腫れて大きなサイズの靴を履いていました。

足が痛くて、バーまでの小走りしかできなかったのです。 “

足の痛みがひどく、バーまでの小走りしかできませんでした。「『よし、最後のジャンプだ。 跳んでみて、”とりあえず全国大会の予選には間に合った “と思いました。 そうしたら、オフィシャルがやってきて、『決勝戦に進出しましたね！』と言われて、『いやーっ！』となりました。 フィールドワークに行かなければならない』と。 “

しかし、最後の最後になって、彼は本選から外されてしまいました。 “

しかし、最後の最後で落選してしまいました。「落選したことはほろ苦い気持ちでしたが、自分の力が全然足りないことはわかっていましたし、体も壊れていました。 決勝戦を見て、友人たちを応援しました。

「棒高跳びという競技は、何度も何度も繰り返され、測定され、何度も悔しい思いをし、あと一歩のところで失敗し、そして素晴らしい成功の瞬間を迎える。

サラフィアンは、そのエネルギーを、宙返り後の科学者としてのキャリアに注ぎました。

はじめに

地球の水の起源についての疑問は、サラフィアンの学部の授業で初めて生じ、ジョージア大学で修士号を取得するまで続きました。 “しかし、答えはいつも「わからない」でした。 “

約46億年前、太陽系が誕生したばかりの頃、地球をはじめとする原始惑星はまだ形を成していなかったとサラフィアン氏は説明します。 太陽から一定の距離内では、水が安定して存在するには温度が高すぎ、水蒸気は太陽風によって吹き飛ばされていました。 雪線」と呼ばれる太陽から十分に離れた場所では、水は氷の形で存在することができた。 雪線の内側には、ベスタと呼ばれる大きな小惑星を含む小惑星の帯がありました。 “

約15年前、「科学者たちは、地球の水は炭素質コンドライトから来たのではないかと考え始めました」とサラフィアン氏は言います。 炭素質コンドライトとは、水を多く含む隕石の一種です。 仮説では、広大な原始木星の軌道が太陽に向かって移動し始めたとされている。 “木星が『邪魔だ』と言って、雪線の外側にある水を多く含む炭素質コンドライトが太陽に向かって飛ばされ、内惑星である水星、金星、地球、火星にぶつかったのです。

そこで科学者たちは、地球の水と炭素質コンドライト中の水を比較し始めました。 鍵となるのは、宇宙で最も豊富な元素である水素です。 水素には、質量が1の通常の水素と、質量が2の重水素という2つの同位体があります。 太陽系内では、この2つの同位体の割合が異なっている。 太陽の大部分は通常の水素でできています。 しかし、岩石や氷でできている彗星は、太陽から遠く離れた場所で形成されているため、重水素が多く含まれています。

炭素質コンドライト中の水素同位体の測定値は、地球の水と非常によく一致しました。

炭素質コンドライトの水素同位体比の測定結果は、地球の水と非常によく一致したため、地球の水はコンドライトから来たという説が有力になりました。 しかし、それはいつ頃のことでしょうか。 問題は、コンドライトが水を運んできた時期が早く、成長中の地球に衝突したのか、それとも遅く、地球が形成された後に衝突したのかということです。

そのためには、地球と同じ地域、同じ時間に、非常に早い時期に形成された岩石の中に水を見つける必要がありました。

「ヴェスタは、太陽系が誕生してから約1,400万年後に完全に凍結して閉じ込められたので、それ以前にすべての水を得たことになります」とサラフィアン氏は言います。 “

サラフィアン氏は、この研究を進めるために2つの障害を克服する必要がありました。

アパタイトへの欲求

ユークライトを手に入れるために、サラフィアンはNASA、スミソニアン博物館、アメリカ自然史博物館など、隕石のサンプルを集めている機関に嘆願しました。

「そんなに簡単ではありません」とマーシャルは言います。 “自分のやりたいことがやる価値のあることだと説得しなければなりません。 彼は学生でありながら、教育機関の後ろ盾すらない状態で彼らを説得したのです。 アダムの意欲とモチベーションには本当に感謝しています」

次に、測定です。

サラフィアンさんは、WHOIの地質学者である清水信さんが、WHOIの北東部国立イオンマイクロプローブ施設を使って、玄武岩質の海底岩のガラスポケットに閉じ込められた水を測定する技術を開発したことを知った。 サラフィアンは、海底岩や隕石に多く含まれる鉱物、アパタイトの水を測定したいと考えた。 そこで彼は、清水とWHOIの地質学者であるヘンリー・ディックに、「彼らがすでに持っていた技術を、アパタイト中の水を測定するために形にして、夏休みにWHOIで客員学生として働かせてほしい」と頼んだ。 しかし、ジョージア大学の修士課程での研究で、ユークライトに水が含まれていることを初めて報告したのです。

この偉業は、彼に次の疑問を抱かせました。「水の源は何か？

水、水だらけ

修士号取得後、サラフィアンは当然ながらWHOIに戻った。 そこで彼は、マルシャルや同じくWHOIの地質学者であるスネ・ニールセンと出会い、客員学生として迎えられた。 彼らは、サラフィアンがMIT-WHOIジョイントプログラムに応募する間、研究を続けるために、さらに夏と1年の間、客員学生として迎え入れてくれた。

「イオンマイクロプローブの施設には、ブライアン・モンテローネという素晴らしい研究員がいます」とサラフィアン。 ブライアンはいつも、機械の限界に挑戦するプロジェクトが一番好きだと言っています」

問題は2つあります。 1つ目は、「微量の隕石の水を測定しているのだから、他に何も測定していないことを確認しなければならない。 地球の水は一切測ってはいけないと常に考えています。 地球にはどこにでも水がありますからね。

サンプルを1～2週間強力な真空状態にして、水分を吸い取ります。 その後、サンプルは超高真空状態のイオンマイクロプローブに入り、空気や水をほぼすべて吸い出します。 事実上、すべてです。

朗報は、アパタイトの鉱物構造によって、地球上の水が拡散しないことです。 つまり、内部に閉じ込められた水は隕石のようなものです。

「私たちは、可能な限り亀裂を最小限にして、サンプルを完全に平らに磨き上げますが、これには多くの研磨作業が必要です」と彼は言います。

イオンマイクロプローブは、イオンビームを幅10ミクロン、長さ10ミクロン、深さ1ミクロン程度のサンプルのごく小さな領域に当てます。

イオンは質量と電荷に基づいて検出され、区別されます（この場合、通常の水素イオンと重い水素イオンの比率）。 “

「亀裂の中にどれだけの水が含まれているか、その同位体比を知るために、亀裂の分析も行います。 私たちは多くの標準を実行し、多くの亀裂を走らせています。 1つのクラックを実行するのに、1時間かかります。 また、標準規格の測定にも1時間を要し、たまにデータポイントを得ることもあります。

結局、エウクレイの水素同位体比は地球のものと同じでした。 “

2014年10月に権威ある学術誌「サイエンス」に掲載されたこの研究は、「地球の水は、惑星を形成する岩石と同時に生成された可能性が高いことを示しています」とマーシャル氏は述べています。 “

サラフィアン氏は、「サイエンス」誌の論文の主執筆者であり、共著者のニールセン氏、マルシャル氏、モンテローン氏、ニューメキシコ大学気象学研究所のフランシス・マクビン氏と共に、「海は常にここにあった」と語っています。

「地質学に専念するようになって、『やっぱり読めないとダメだな』と思いました。 論文を読み直したり、マーカーを引いたり、ノートに書き込んだりする作業が、何時間も何時間も続きました。 最初は、図とキャプションを見るだけでした。

「自分の部屋やオフィスに閉じこもって、何時間も論文を読み返していました。 オフィスには寝袋とオーブントースターがあって、かなりの頻度でそこにいました。

「科学論文を読んで何かを得られるようになるまでには、相当な時間と多くの人の協力が必要でした。 最終的には、科学論文を素早く、徹底的に読んで、すべての情報を得ることができるようになりました。 しかし、小説はいまだにまったく読めません。

さらに過去への旅

サラフィアンの研究の道はまだまだ続く。 彼はユークリットよりも1,000万年前の隕石のサンプルの分析を始めました。

「もし、アングライトがベスタや地球と同じ水素同位体を持っているとすれば、これらの惑星体が形成されている間、ほとんどゼロの時間から水が降着していたことになります。

サラフィアン氏は現在、NASAジョンソン宇宙センターとカーネギー・ワシントン研究所に滞在し、極微量の水素と炭素の測定を専門とするイオンプローブ施設を使用しています。

一方で、どこかでベスタがまだ太陽系の端を回っていたり、学部生が「エウクレイト」という言葉を調べていたりする。

この研究は、WHOI Mellon Award for Innovative Research、WHOI’s Ocean Venture Fund、NASA graduate fellowshipの支援を受けています。