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巨大な地下の「木」がマグマを地球の表面に移動させている


インド洋西部にあるフランス領の島、レユニオン島は、トーチのビジネス エンドの上に浮かんでいるマシュマロのようなものです。それは、地球のマントルプリュームの 1 つの上にあります。過熱した岩石の塔で、マントルの深部から上昇し、構造プレートの基部をフランベします。噴煙の影響を見逃すことはできません。島の 2 つの大規模な火山の 1 つである Piton de la Fournaise または「炉の頂上」という適切な名前は、地球上で最も活発な火山の 1 つです。

しかし、噴煙の現代のパンチは、その過去と比較して何もありません.

約 6,500 万年前、噴煙が現在のインドの下にあったとき、デカン トラップと呼ばれる一連の溶岩の洪水が、150 万平方キロメートルの土地を窒息させました。これは、テキサス州、カリフォルニア州、モンタナ州をわずか 70 万年で埋め尽くすのに十分な量です。ハートビート。巨大な小惑星の衝突は、恐竜にとってはとどめの一撃となるでしょうが、デカン トラップは長い間、恐竜が戦わなければならなかった気候条件の全体像を混乱させてきました。

2012 年、地球物理学者と地震学者のチームがプルームのマッピングに着手し、インド洋の海底の広大な深さに地震計の巨大なネットワークを展開しました。ほぼ 10 年後、チームはマントルが予想よりも奇妙であることを明らかにしました。チームは 6 月に Nature Geoscience で報告しました プルームは単純な柱ではありません。代わりに、巨大なマントルプルームの「木」が、惑星の溶けた中心部の周辺から上昇し、過熱された枝のような構造がそこから斜めに成長しているように見えます.これらの枝が地殻に近づくと、垂直に上昇する小さな枝が発生するように見えます — 地表の既知の火山ホットスポットの下にある超高温プルームです.

レユニオンの下にあるこの巨大な構造の発見は、11 月に報告された別の最近の発見とほぼ一致し、アフリカの下の噴煙に追加の構造が見つかった。まとめると、この 2 つの調査結果は重要な科学的進歩を表しています。プリュームは従来のモデルで推定されていたよりも特異であり、より精巧なバックストーリーを持つ可能性があることを示唆しています。



研究者が以前の研究からすでに知っていたレユニオンの木の根は、おそらく地球自体とほぼ同じくらい古い原始的な物体である可能性があります。したがって、この猛烈な木が何十億年もの間、噴煙の天蓋を成長させてきた可能性があります。より多くの枝が成長し続けると仮定すると、科学者は地球の燃えるような未来への窓を手に入れました.

「コアとマントルの境界を見ることで、海が開く場所を予測できるかもしれません」と、研究の共著者であるカリン・シグロックは述べています。研究者は、いつの日か消滅する土地を予測することもできます。新しいモデルが正確であれば、今から数千万年後、あなたは南アフリカにいたくないかもしれません。あるいは、地球にいたくないかもしれません.

火の泉

1960 年代にさかのぼると、プレート テクトニクスの理論が急速に受け入れられていたとき、特定の地質学的特徴は説明を回避しているように見えました。この理論は、長い間科学者を困惑させてきた疑問 (火山がどこで発生し、どこで土地が誕生し、どこで海盆が形成され、どこで古代の地殻が消滅したか) について説明を提供しましたが、ハワイのようなものは説明できませんでした。

プレート テクトニクスは、2 つのプレートが衝突したり、互いに上下にスライドしたり、横に並んだり、離れたりするプレートの境界が、惑星の地質学的花火のほとんどが見られる場所であると予測しています。太平洋プレートを取り囲む多くのプレートの縁を示す馬蹄形の領域である、いわゆるリング オブ ファイアには、世界の活火山の 75% が集まっています。

しかし、プレートの境界にほど遠い場所であるにも関わらず、ハワイは巨大な火山の列島です。ハワイ島の南東沖にある活動的な海底火山ロイヒは、長さ 6,000 キロメートルのゆがんだ火山列の中で最も若い火山であり、その起源は、ハワイの長い期間にわたって消滅した海底火山までたどることができます。北西太平洋。プレート内火山活動として知られるこの現象は、地質異常として際立っていました。

1963 年、カナダの地球物理学者ジョン トゥゾ ウィルソンは、構造プレートがマントル内の静止したホット スポット (地球の体積の 84% を占める灼熱の岩石) の上を継続的に移動するときに、このような火山列が形成されることを示唆しました。これにより、プレートがマグマの燃料源から離れて移動するにつれて、噴火、成長、そして消滅する一連の火山が作成されます。 1971 年、アメリカの地球物理学者ウィリアム ジェイソン モーガンは、これらのホット スポットは、下部マントルから上昇する特に高温の物質のプルームによって引き起こされたと提案しました。

その後数十年にわたり、地球物理学者は、プリュームは周囲のマントルより摂氏約 200 度高いと結論付けました。噴煙が構造プレートの底に到達すると、その熱で周囲が溶けて大量のマグマが生成されます。プルームはまた、地球の深部からマントル物質を運びます。この物質はコアから離れた低圧で融解し、追加のマグマを地殻に供給します。熱いマグマの供給を合わせることで、地球の多数のプレート内火山をうまく説明できます。

ホット スポット トラックとも呼ばれる一連の火山は、プルームを使わずに説明するのは困難です。ハワイは海洋の例ですが、陸上でも見つけることができます。イエローストーンの超火山は、少なくとも 1,700 万年前にさかのぼるホット スポット トラックの最も若いメンバーであり、太平洋岸北西部に 210,000 立方キロメートルの溶岩を注ぎました。オレゴン州からワイオミング州までの巨大な火山の大釜の跡を爆破する前に — 絶え間ないマントルプルームの否定できない傷跡.



化学的証拠は、マントルプルームの存在も示唆しています。ヘリウムには、ヘリウム 3 とヘリウム 4 の 2 つの安定したタイプがあります。ヘリウム 3 は、その形成中に地球の奥深くに閉じ込められており、明らかに古いものです。ハワイのキラウエアを含むいくつかのホット スポット火山は、豊富な溶岩を噴出します。エディンバラ大学の岩石学者であるゴッドフリー・フィットンは、これらの火山がかなりの深さからマントル物質を採掘していることを示唆しており、プルームは合理的な説明であると述べています.

地震シーン

噴煙を直接見た目はありません。それらは存在すると推測されます。しかし、研究者たちは彼らに有利なかなりの証拠を集めました.

地震波は啓示的な検証を提供しました。それらは、地表に向かって湾曲する前に、地球の内臓を潜り抜ける地震から発生します。これらの波が移動すると、通過する地質体によって速度と軌道が変化します。地震計はこの情報を拾い上げ、科学者はそのデータを使用して、その大きな深淵の中に何が隠されているかを調べようとします.

地震波は熱い岩石の中をよりゆっくりと移動し、調査後の研究では、深いマントルから上昇し、地表の火山のホット スポットに接続する細長い構造によって、地震波がしばしば減速することが示されています。

地震学者はまた、2 つの巨大な物質の塊を発見しました。1 つはアフリカの下、もう 1 つは太平洋の下にあり、マントルとコアの境界にまたがっています。深く潜る波は両方の巨大なブロブを通過する際に減速し、それらが熱い巨像であり、コアとマントルの境界全体の約 30% をカバーしていることを示唆しています。

このデュオには、機能しなくなった構造プレートスラブの墓地から、幼い地球と衝突して月を製造した原始惑星テイアの解剖された死体に至るまで、ありとあらゆる起源の物語があります。インペリアル・カレッジ・ロンドンの地球物理学者であるサスキア・ゴーズ氏によると、イエローストーンを含む一部の例外を除いて、地球の噴煙はこれら 2 つの巨大な塊の 1 つに根ざしているようです。これは、ほとんどのプルームの起源の話で、それらが役割を果たしていることを示唆しています.



しかし、地震学は万能ではありません。地震波はマントル内の構造を検出できますが、それらの構造のすべての特徴を明らかにすることはできません。カリフォルニア大学バークレー校の地球物理学者であるハリエット・ラウ氏は、「材料を加熱することで地震波を遅くすることができます。しかし、岩石のミネラル組成を変えることで、同じ効果を得ることができます。科学者は、測定ごとにどちらの可能性が高いかを選択する必要があります。地震学は難しい科学かもしれませんが、そこには芸術があります。

地殻下構造にもカモフラージュが装備されています。地震波は速い車線をたどるのが好きです。それらは、より冷たくて硬い岩に優先的に流れます。プルームは高温であるため、地震波に反発します。プルームも薄いため、入ってくるほとんどの地震波を簡単にかわすことができます。

プルームの同じポイントを通過する地震波が多いほど、その存在を確信できます。しかし、サウサンプトン大学の地球物理学者であるキャサリン・リチャート氏は、「地震はどこでも起こるわけではありません。また、地震観測所はほとんどが海底ではなく陸上にあります。つまり、海は地震のカバー範囲が狭いということです。

「理論的には、プルームが存在する必要があることはわかっています」とラウ氏は言います。 「しかし、それらを地震学的に見るのは非常に困難です。」その結果、地震波はプルームのスライスのみを捉え、その特性はしばしば解決できない議論の対象となります.

理想的には、科学者は、その基部から惑星の表面まで伸びるプルームの画像を作成したいと考えています。そのためには、地震計を広大な地域に配置し、できるだけ多くの地震波を吸収できる巨大な開口部を形成する必要があります。これにより、マントルのかなりの部分を観測することができます。これは巨大な望遠鏡と同等の地震です。

そのため、2012 年に科学者がそれを作成しました。

木と真実

その年、2 隻の船が西インド洋をジグザグに横断し、時折停車して海底地震計が板の上を歩いて海底に沈むようにしました。合計で 57 個が船外に投げ出され、最終的に 2,000 x 2,000 キロメートルの穴ができました。この膨大な配列は、マダガスカルとさまざまな小さな島々に配置された 37 の地震観測所によって増強されました。

2012 年から 2013 年までの 13 か月間、その開口部が開かれました。その目的は、過去 1 億年で最も重要な火の源の 1 つであるレユニオン プルームを追い詰めることです。

科学者チームは、マントル望遠鏡を覗き込みました。彼らはそのデータを他の 2 つの地震データ セットと組み合わせ、レユニオンの下の薄い垂直プルームが下部マントルで単純に消えていくのを見てショックを受けました。その瞬間、当時オックスフォード大学でシグロックの学生だったマリア・ツェクミストレンコは、「ああ、私は何かひどく間違ったことをしたに違いない。すべてが間違っています。私の博士号終わりました。」

しかし、チームが地域全体を調べたとき、データは壮観な光景を明らかにし始めました。アフリカの巨大な塊は、地下 2,900 キロメートルにあり、真ん中から成長して「幹」を形成し、深さ 1,500 キロメートルに達します。カスプと呼ばれる幹の上部は、西端と東端から熱い物質の太い枝を伸ばしているように見えます。これらは、1,000 から 800 キロメートルの深さに達するまで、斜め上方に成長します。この時点で、これらの枝の上部は垂直に立ち上がる細い枝を発芽させます.

これらの細い枝の 1 つは、ハイパー火山レユニオンの下側に到達します。北西約 3,000 キロメートルでは、別の対角線が東アフリカに伸びています。この地域は火山活動が活発で、以前の地震調査で 1 つまたは 2 つのマントル プリュームがあることが判明しています。

しかし、問題がありました。この構造は、熱力学の法則と調和させることが困難でした.

プルームは非常に熱く浮力があるため、プレートの動きを含む他のマントル移動の 10 倍の速さで急速に上昇します。 「噴煙はとても速いです。それらを傾ける時間はありません」と Goes 氏は言いました。

Tsekhmistrenko、Sigloch、および会社は同意します。プルームはまっすぐに上昇します。ツリー構造は、マントルで進行中のより複雑なプロセスの証拠です。

彼らはそれがどのように機能すると考えているかを以下に示します。トランクとカスプを含むアフリカのブロブは、コアによって加熱されます.ホットカスプの東と西の周縁部は、比較的低温のマントル物質の大部分に囲まれており、かなり浮力があります。最終的に、両端から 800 キロメートルの塊がはみ出します。どちらも数千万年にわたって垂直に上昇します。最終的に、それらは密度の高い下部マントルと密度の低い上部マントルの間の浅い境界に到達します。そこに、彼らは横に広がります。それらの上からいくつかの尾が生え、垂直に上昇し、古典的にプルームと呼ばれる狭い塔を形成します。

一方、これらの 2 つのサブブロブの 1 つが東アフリカに向かって上昇し、1 つがレユニオンに向かって上昇すると、カスプの東端と西端 (現在は中央に近づいています) が 2 つの新しいブロブを生成し、これもまっすぐ上に上昇します。それらは後で出発し、それぞれ東アフリカとレユニオンのブロブの右下と左下に位置しているため、斜めの相互接続された枝に似ています。実際には、それらは別々のブロブであり、すべて垂直に上昇しています。

独立した科学者は、この研究を大いに称賛しています。古典的に、プルーム構造を高解像度で画像化する際の問題は、地震データの欠如です。今回はそうではなかった、と Rychert は言いました。「彼らはインド洋でこの驚くべき実験を行ったからです。」それは地震波のスモーガスボードをむさぼり食ったものでした.

巨大なアレイからのデータを追加の地震データ セットと組み合わせることで、チームはマントルの最深部から最高到達部までの範囲全体を正確に解決できるようになりました。カリフォルニア大学ロサンゼルス校の地球物理学者 Carolina Lithgow-Bertelloni は、次のように述べています。 「そういう意味では、素晴らしいと思います。」

ツリー構造は「興味深い観察結果」であり、それがコアからどのように枝分かれするかについてのチームのモデルは「非常に巧妙なアイデア」であると Fitton 氏は述べています。しかし、マントルで何が起こっているかについての彼らの正確なモデルは、何が起こっているかについてのいくつかの可能な解釈の1つにすぎないと彼は警告します. 「それは本当にクールなアイデアだと思います」と Rychert 氏は言います。 「それが正しいアイデアかどうかはわかりませんが、クールです。」

「地震トモグラフィーは今日のスナップショットです」と Lithgow-Bertelloni 氏は述べています。現在の構造のスナップショットを撮り、それらが何百万年にもわたってどのように形成され、どのように進化し続けるかを推測することは、不確実性に満ちていると彼女は警告します.

来る大変動

チームの理論モデルが正しければ、2 つの長年の考え方が裏付けられます。 Goes 氏によると、1 つ目は、地球の噴煙は「実験室でシロップの箱に湧昇を作るほど単純ではない」ということです。自然は複雑で、驚くべきことがよくあります。

2 つ目は、これらの巨大な塊が、地球の激動の歴史の中で極めて重要な役割を果たしてきたこと、そして今後も果たし続けることです。

一部の科学者は、アフリカの巨大な塊からの噴煙が、少なくとも 1 億 2000 万年かけてゴンドワナ大陸の古代超大陸を破片に引き裂いたのではないかと疑っています。羽毛がその基部に上昇すると、それらはそれを加熱して弱めました。モグラが丘を作るように、モグラはこれらのプルームの上の土地を上向きにドーム状にし、次に丘を滑り落ちさせました。オーストラリアはインドと南極から解放され、マダガスカルはアフリカから、セーシェルの小大陸はインドから解放された — インド洋を作った破壊行為.

東アフリカの下にある噴煙が猛攻撃を続けた場合、それらは将来のアフリカ大陸の崩壊に寄与するでしょう。具体的には、東アフリカの分裂と、世界で最も若い海のそばに浮かぶ新しい小大陸の作成です.

しかし、大陸の南端に降りかかるかもしれない大惨事を考えると、将来の地殻変動は取るに足らないものに思えます。チームは、数千万年以内に、悪夢のように巨大な塊が中央尖端からピンチオフし、現在の南アフリカの基盤となるものに出会うと推定しています。これは大変動の噴火を引き起こすだろう、と Sigloch は言った。デカン トラップは、孤立したマントル プルームと考えられるものによって引き起こされました。しかし、この将来のメガブロブは、火山活動を非常に多量かつ広範囲に発生させることができるため、デカントラップは比較すると爆竹のようになります.

将来の火山の黙示録を想像することは不安かもしれません。しかし、だからこそ、プルームの正確な絵を描くことが重要なのです。プルームは生と死の調停者です。

それでも、それらが引き起こすすべての混乱にもかかわらず、それらはプレートテクトニクスの絶え間ないサイクルの重要な部分であり、炭素と水を不規則に埋めて噴出させ、奇跡的に、呼吸可能な大気と広大な海を持つ居住可能な惑星をもたらしました—深淵の巨獣が作った楽園。 「惑星が何十億年もの間、基本的に人間の存在を可能にするためにどのようにこれを行っているかを知ることは重要です」と Rychert は言いました。

マントルのモンスターが完全に理解されるまでには、まだしばらく時間がかかります。その日が来るまで、科学者たちは形を変える外套のスケッチを描き続け、その間ずっと、足元で多くの獣が動いている音を聞き続けます.



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