南海トラフ地震警戒情報

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地学を大きく変えた「プルーム・テクトニクス」とは?

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地震波で地球内部を見る


プレートの動きは、「地震」を使って、目で見ることができます。


地震は大きな被害をもたらしますが、地球の中身を見るのに非常に強力な手段となります。


医者が聴診器で人体を診察するように、地震波を用いて地球の内部を診察することができるのです。


地震は波となって岩石の中を伝播しますが、その波には、ある特有の性質があります。


地震波は硬い岩石の中を通るときには速く伝わり、軟らかい岩石を通過するときには遅く伝わります。


この性質を利用すると、地下の岩石が硬いか軟らかいかを知ることができます。


地球の内部では、たえず地震が起きています。


その世界中からやってくる地震の波を観測すると、場所によって通ってきた波の速さがちがうことがわかります。


軟らかいところを通った波は、硬いところを通った波と比べると、速さが遅くなっているのです。


また、大きな地震の場合には、地震波は地球の裏側にまで伝わります。


このような広い範囲に伝わる地震の波を用いて、地球の中の岩石の硬さを調べる手法を「地震波トモグラフィー」と呼びます。


地震波トモグラフィーは、医療技術でいうCTスキャンと似ています。


そして、コンピューターを用いて大量の地震データを解析して、見えてきたのが、マントルが対流する姿でした。




実は、プレートは下部マントルの中にまではなかなか沈み込むことはできません。


というのも、上部マントルと下部マントルの境界では、密度に大きな差があり、下部マントルのほうが密度が大きいのです。


このためプレートは、すぐには下部マントルの中にもぐっていくことができません。


その結果、上部マントルと下部マントルの境界に物質が溜まっていきます。
いわゆる「プレートの残骸」です。


具体的には深さ670キロメートルまで沈み込むと、プレートはいったん沈み込みを停止します。


ここに上部マントルと下部マントルの境界があり、岩石の化学成分や結晶構造が変わるからです。


そして、上部マントルと下部マントルの境界にまで沈み込むと、一枚の厚い岩板からなるプレートは次第に変化してゆきます。


その後、プレートは深さ670キロメートル付近にどんどん溜まっていき、大きな塊となって成長します。


大量の残骸が溜まることから、「プレートの墓場」とも呼ばれています。


実際に、太平洋の西では、プレートが塊となって上部マントルと下部マントルの境でただよっているのが観測されています。


これが太平洋プレートのなれの果ての姿なのです。



溜まったプレートの残骸はどうなるのか?


しばらくの間、上部マントルと下部マントルの境界に停滞していたプレートの残骸は、ある量以上に増えると、下へ落ち始めます。


たとえば、日本列島のようにプレートが沈み込む大陸のヘリでは、物質が継続的に下部マントルへ下降する現象が観察されます。


プレートの残骸は長い時間ただよっているうちに、鉱物自体が変化しています。


下部マントルよりも密度がやや大きい物質になっていくのです。


その結果、下部マントルの中への下降を始めると考えられています。
ここでは直径1000キロメートルに及ぶ大量の物質が、何千万年もかけてゆっくりと沈むのです。


最後に、プレートの残骸は下部マントルの底に達すると、核の表面でゆっくりと停止します。


マントルの下にある核は金属でできていて、プレートの残骸よりも密度がはるかに高いため、核の中にまでは入り込めないのです。



プルーム・テクトニクス


下部マントルの中をゆっくりと降下するプレートの残骸は、冷たくて重い巨大な塊なので「コールドプルーム」と呼ばれています。


プルームは日本語で「もくもくと上がる煙」を意味します。


コールドプルームは、マントル物質からなる巨大な塊が、地中をゆっくりと下向きに移動します。


ちょうどキノコ雲の上昇を逆さにした様なイメージです。


コールドプルームが核の表面に達すると、その反作用で表面から巨大なプルームが上がりはじめます。


核の表面は5000度近くの温度があり、コールドプルームの下降にあおられるように、熱いプルームがマントルの中を上がりはじめます。


この反作用として上昇するプルームは、核表面の熱によって高温になるため「ホットプルーム」と呼ばれています。


タヒチ島では、このホットプルームが存在する物質的な証拠があげられています。


ここで噴火した溶岩には、マントルと核の境界付近から上がってきた化学成分が含まれているのです。


また、上昇する塊の大きさからもプルームはマントルの下部から上がってきたと考えられています。


すなわちプルームには、プレート運動に関わるマントルの上部だけでなく、マントル全体の動きが関係しているのです。


こうした考え方を「プルーム・テクトニクス」と呼びます。


温度と密度の異なる二つのプルームが、地下深部で下降と上昇を繰り返しながら、循環しているのです。


実は、過去最大の「大量絶滅」の最大の原因は火山活動だった - 南海トラフ地震警戒情報