約3億年前、ヨーロッパ大陸とアジア大陸が衝突しました。ウラル山脈が重なっていました。約5,000万年前、アイフェルに火山が出現しました。時空的にも遠く離れたこれらの出来事が相互に関係があるとは考えにくい。それでもなお、科学者たちは地球の内部で、関係を示唆する証拠をどんどん発見しています。アイフェルやウラル山脈だけでなく、世界中の多くの場所で。 「大きな山脈は通常、大陸が衝突するときに形成されます」とユトレヒト大学のウィム・スパックマン氏は説明します。 「しかし、大陸が衝突する前に、大陸の間にある海洋プレートが地球の内部に押し込まれます。」

地球の核とマントルの境界、深さ約2,900キロメートルで、研究者らはスパックマンが沈んだ海洋プレートであると信じている構造を発見した。スパックマンの研究グループは、大陸の移動に関する既知のデータの助けを借りて、地球内部で見つかった海洋プレートの残骸が、地球内部のどの山形成の時期とその間に消失したかを再構築した。 「地表の多くのホットスポット火山が、水没した海洋プレートの端のちょうど上にあることに気づきました」とウィム・スパックマンは報告する。

通常の火山とは異なり、ホットスポット火山は通常、地表の最も近いプレート境界から遠く離れた、構造プレートの中央に位置します。多くの研究者は、熱い物質で満たされた水路、つまり「プルーム」がこれらの火山を地球の核とマントルの境界に直接接続していると確信しています。 「私たちの再構成は、関連する山脈の形成と同時に起こる海洋プレートの沈没と、地表のホットスポット火山の形成の間に約2億5千万年が経過することを示しました」とスパックマン氏は説明する。

「沈下プレートがD層に衝突する際に、熱い物質を押しのけていると考えられます。」 – D”層（発音：D二線層）は、地球物理学者が地球の核と地球のマントルの間の境界領域と呼んでいるものです。この名称は、文字 D が下部マントル全体に割り当てられた以前の命名法から名残です。

ウィム・スパックマン氏は、移動した物質が沈んだプレートの1つまたは複数の端を膨らませ、そこからプルームとして地表に上昇すると確信している。スパックマン氏の同僚であるドゥウェ・ファン・デル・メール氏は、アイフェル火山がウラル山脈の数千キロメートル西に位置する理由と、スパックマン氏のチームがその存在をウラル山脈の形成と関連付けているアイスランドプルームについて次のように説明している。「構造プレートは『移動』する。ウラル山脈の形成以来、ヨーロッパとアジアは東に向かって長い距離を移動してきました。」彼は、2つの大陸が現在のアイフェルとアイスランドの線に沿って衝突したのではないかと疑っている。それは研究者がこれまで考えていたよりもはるかに西です。

急速な離職率

ファン・デル・メール氏は別の矛盾を指摘しています。「一般に、地球のマントルの完全な反転には10億年かかると考えられています。私たちが発見したメカニズムは 4 倍高速です。」もっともらしい説明は、オランダ人が仮定したプロセスは、とりわけ超大陸の周期的な形成と破壊の原因となる地球規模の地殻変動サイクルの一部ではなく、局所的に限定された現象であるというものである。 「超大陸」とは、地球上の陸地が結合して 1 つの大きな大陸になったものに与えられた名前です。東京工業大学の丸山茂徳氏と高知大学のM.サントシュ氏率いるチームは、より「全体像」に焦点を当てた。日本の科学者たちは、地球内部の地震断層撮影画像を使用して地球全体で「プレートの墓」を探し、沈んだ海洋プレートを過去10億年の大陸衝突と関連付けた。

このような 3 次元断層撮影画像は、地球の内部を通過し、異なる密度の構造によってさまざまな程度に屈折する地震波から取得されます。丸山氏とサントシュ氏は、西太平洋地域、いわゆる西太平洋三角地帯で、現在最も活発な海洋プレートの「葬儀工場」を発見した。一方で、太平洋プレートは東から年間8〜11センチメートルの速度でアジア大陸の下に押し込んでいます。一方、オーストラリアのプレートは、ほぼ同じ速度でアジアの下で北に向かって沈んでいます。ここ、核とマントルの境界には厚さ約350キロメートルの層があり、2人の研究者はそこにスラブ墓があると疑っている。わずか 2,000 万年前に沈み始めた若いプレートの一部はまだ下降しておらず、現在も上部マントルと下部マントルの間の移行帯の深さ約 500 キロメートルに留まっています。

プレートグレーバーの食品スーパープラム

ヴィム・スパックマン率いるユトレヒトの研究グループと同様に、丸山氏とサントシュ氏も、スラブ墓と地表で火山活動を引き起こす噴煙との間には関連性があると想定している。しかし、日本の研究者らは、アイフェルやアイスランドの噴煙のように、地域的に限定された火山活動を刺激する通常の「小さな」噴煙にはあまり興味を持っていない。むしろ、彼らは大陸全体の分裂の原因であると言われている「スーパープリューム」の形成の説明を求めている。丸山氏とサントシュ氏は、数年前から十分な品質でしか存在していない石板墓の断層撮影画像の中で、探していたものを見つけたようです。

西太平洋三角地帯の比較的若いスラブ墓に加えて、研究者らはコアとマントルの境界で他の 3 つの墓地を発見し、これらを 2 つの超大陸に割り当てることができました。そのような超大陸の 1 つは、約 3 億年前に存在していました。それがパンゲアです。約1億5000万年前に再び分裂した。北アメリカ、ヨーロッパ、アジアを含むパンゲアの北部であるローラシアの形成は、2 億年前まで完全には完了しませんでした。その結果、ローラシアが結合したときに地球内部に押し込まれた海洋プレートは、これら 3 つの墓地の中で最も新しいものとなります。本質的に南アメリカ、アフリカ、インド、オーストラリア、南極からなるパンゲアの南部であるゴンドワナ大陸は、5億年前に完成しました。ゴンドワナに割り当てられた石板墓は、それに応じて古いものです。最古の墓地は、パンゲアの前身である超大陸ロディニアが約10億年前に統一されたときに地球内部に押し込まれた海洋プレートで構成されている。

丸山氏とサントシュ氏は、石板墓を4つの異なる墓地に分割した。そして、これらの墓地間にどのような違いがあるのか​​を正確に調べました。なぜなら、4 つの墓地は実際には、同じタイプの墓地の 4 つの開発段階である可能性があるからです。そして実際、それらには、時間の経過とともに発展することを示唆する特徴的な類似点と相違点の両方があります。西太平洋三角地帯とローラシアの 2 つの若い墓地には共通点があります。どちらも、周囲よりも寒い核とマントルの境界の上に 350 キロメートルの厚さの層を形成しているということです。そして、どちらの墓地からも噴煙は上がりません。 2 つの墓地には本質的な違いが 1 つだけあります。西太平洋三角地帯の墓の上の地球のマントルにはまだいくつかのプレートが存在しますが、ローラシアの形成時に沈んだ海洋プレートはすでに核とマントルの境界まで沈んでいます。

東アフリカは猛暑に見舞われている

しかし、ゴンドワナ協会が作成した石板墓とは明らかな違いがあります。そこからはプルームが立ち上り、その中にはアフリカ大陸からアラビア半島を分離する原因と考えられているアフリカスーパープルームも含まれます。丸山氏は、このスーパープルームがかつてパンゲアをこじ開けたのではないかと考えている。現在東アフリカを加熱しており、おそらく数百万年後には火山活動により東アフリカ地溝帯に沿ってアフリカの他の地域から分離されることになるだろう。

丸山氏とサントシュ氏が超大陸ロディニアの形成に帰する石板墓の場合は状況が全く異なる。太平洋とアジアの大部分を占めるこの広大な墓地の真ん中に、直径数千キロメートルのパシフィック・スーパープルームが鎮座している。日本の研究者にとって、これらすべての証拠はただ 1 つの結論につながります。それは、数億年の間に、スラブ墓はプルームに変化し、墓地が十分に大きい場合はスーパープルームに変化します。このようなスーパープルームは、形成中に海洋プレートがかつて地球の内部に押し込まれた超大陸を確実に破壊する可能性がある。丸山とサントシュはロディニア解散の原因はパシフィック・スーパープリュームのせいだと主張。研究者らはまた、比較的低温で沈んだ海洋プレートが高温で上昇するスーパープルームに変化することについての説明も得ている。沈んだ海洋プレートは、コアとマントルの境界にある D” 層をポストペロブスカイト鉱物で富ませていると言われています。 「地球の核からの熱により、ポストペロブスカイトは時間の経過とともにペロブスカイトに変化します」とサントシュ氏は説明します。 「この相転移により熱が放出され、小さなプルームの形成につながる可能性があります。」時間の経過とともに、さまざまな小さなプルームが結合してスーパープルームを形成する可能性があります。

マインツのマックス・プランク化学研究所のアルブレヒト・ホフマン氏は、日本チームの理論について次のように懸念を表明した。しかし、ポストペロブスカイト仮説には現在膨大な量の憶測が含まれており、変換中に十分な熱が放出されるかどうかは非常に不確実なデータに依存しています。」ホフマンは、海洋プレートの変形とプルームの生成が D” 層内で起こるはずだというサントシュと丸山の仮定に激しく反対している。「我々は、D” 層は地球の歴史の非常に初期に形成され、物質はずっとそこに留まっていたと信じている」以来。”

地球の核は無害です

ホフマンの主な議論: 化学元素ネオジムの同位体 Nd-142 は、隕石と比較して地球のマントルに多く存在します。しかし、地球と隕石は同じ「原材料」から作られたため、それを補うためにNd-142が過小評価されている地域が地球上に存在するはずです。ネオジムは地球の核の液体鉄に溶けないため、ネオジムの含有量を計算する際には地球の核を除外する必要があります。したがって、地球の核とマントルの間のD”層だけが問題になります。もし海洋プレートが D” 層に下降し、そこからプルームが上昇するとしたら、異なる Nd-142 含有量はとっくの昔に均一化されているでしょう。しかし、ホフマン氏は、海洋プレートがD”層の真上に堆積し、プルームもそこから上昇することが考えられると考えている。

ミュンスター大学のウルリッヒ・ハンセン率いる研究グループは、別の側面を調査しました。ハンセン氏のチームはコンピューター モデルを使用して、地球のマントル内の冷たい物質と熱い物質の流れの挙動をシミュレートします。 「私たちが調査したメカニズムの 1 つは、沈み込む物質がプルームに与える影響です」とハンセン大学の同僚であるクラウディア・スタインは言います。 「私たちのモデルの計算では、冷たい物質はコアとマントルの境界まで下降し、側面に広がります。核とマントルの境界で形成される小さなプルームは冷たい物質の前に押し出され、より大きなプルームに束ねられます。」それはともかく、海洋プレート自体がプルームやスーパープルームとして墓場から浮上するのか、それとも既存のプルームが確実にスーパープルームに結合するだけなのかにかかわらず、たとえ何億年も経った後でさえも、プレートは常に大陸を吹き飛ばす可能性があります。 ■

アクセル ティレマンスは物理学の博士号を持ち、ノルトライン ヴェストファーレン州ティッツでフリーランスの科学ジャーナリストとして働いています。

アクセル・ティレマンス

タイトルなし

· 沈んだ海洋プレートの残骸が地球の核に集まります。

· 何百万年も経った今でも、熱い物質がこれらの墓から湧き出ています。

· ウラル山脈の形成はアイフェルの火山活動の原因です。

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地震波の速度は深さの温度を示します。画像は核とマントルの境界における地震波の速度を示しています。速度の増加 (青) は温度の低下を示し、速度の低下 (赤) は温度の上昇を示します。画像の中央にある太平洋スーパープリュームは、そこから進化したと考えられている、水没した海洋プレートの「冷たいリング」の中にあります。黒い三角形は、地球の表面にある、いわゆるホットスポット火山を示しています。これらの火山は、核とマントルの境界に根を下ろしています。

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地球物理学者は地震波によって地球の内部を「見る」ことができますが、それは地震波からの情報を 3 次元断層撮影画像に変換した後でのみです。コンピューター グラフィックスは、深さ 2,900 キロメートルにある地球の核とマントルの境界の構造を示しています。日本の地球物理学者丸山茂徳氏とM.サントシュ氏は、これらは大陸の衝突前に地球内部に押し込まれた、沈んだ海洋プレートであると考えている。プレートの変位に関する既知のデータを使用して、2人の研究者は「プレートの墓」をさまざまな超大陸の形成に割り当てました。若い石板墓の大部分は、太平洋が縮小したときに作られました。赤い構造はプルームとスーパープルームです。太平洋のスーパープルームはロディニアの形成時に形成されたスラブ墓から進化し、アフリカのスーパープルームはゴンドワナのスラブ墓から進化したと考えられています。アフリカのスーパープルームは、地表に上昇するにつれて東アフリカに向かって枝分かれします。

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太平洋スーパープリュームは、約 7 億年前に超大陸ロディニアが分裂した原因であると考えられています。この図は、現在の大陸がどのように構成されていたかを示しています。日本の地球物理学者は、スーパープリュームがオーストラリア、南極、北米の間にあると確信している。同じ頃、北アメリカ、南アメリカ、アフリカは互いに分離しました – おそらく第 2 のスーパープリュームが原因です。

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地球内部では物事が乱雑になっています。鍋のように、熱いものが上昇する領域と、冷たいものが沈む領域があります。地球内部のこの熱対流は、地球表面の構造プレートの移動の原動力となります。現在、大西洋は中央大西洋海嶺から上昇するマグマによって拡大されています。アイスランドの下には、高温の物質が広い範囲にわたって盛り上がる、いわゆるプルームもあります。現在、ヨーロッパとアメリカの距離は年間約2センチメートルずつ離れています。同時に、太平洋は縮小しています。太平洋プレートはアジア大陸の下に年間 8 ～ 11 センチメートル沈み続けています。同時に、インド・オーストラリアプレート（図では見えていない）がアジアの下の地球内部に押し込んでいます（灰緑色の構造）。アジアの地下で、科学者たちは地球のマントルと核の境界に「スラブ墓」と解釈する構造物を発見した。新しい理論によると、そのようなスラブ墓は何百万年もかけて「スーパープルーム」に変化するという。これらは、地球の深部から熱い物質が上昇する、数千キロメートルの大きさの領域です。地球の核とマントルの境界に根を張っているといわれています。地震調査によると、現在、それらのうちの 2 つが存在します。太平洋とアフリカのスーパープルームです。

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プレートテクトニクスとスーパープリュームに関する新しい記事:

デビッド A. ユエン他 (編):

スーパープルーム

シュプリンガー、ハイデルベルク 2007

ドン・L・アンダーソン：

新しい地球理論

ケンブリッジ大学出版局、ケンブリッジ 2007

インターネット

地球の構造、プレートテクトニクス、マントル対流:

Earth.uni-muenster.de/dyn/ Introduction.shtml

プレートテクトニクスのアニメーション:

www.learninggeoscience.net/free/00040/plate_tect.swf