地球上のほとんどの地表火山活動はプレート境界で見られ、浅いマントル プロセスによって引き起こされますが、一部の地表火山 (ハワイなど) はプレート境界から遠く離れて発生します。プレート内火山活動の形成は、地球のマントルの最深部でのプロセスにより関連していることが示唆されています。
地球のマントルは固い岩石で構成されています。ただし、岩石は地質学的な時間スケールで変形し、移動します。地球のコアは、コアとマントルの境界近くの岩石を加熱するのに十分なほど熱く、加熱された岩石の密度は熱膨張のために減少します。その結果、高温で密度の低い岩石が、マントルの最深部から地表近くまで上昇する可能性があります。マントル深部から地表近くまで上昇するこれらの高温で密度の低い岩石は、しばしば「マントルプリューム」と呼ばれます。
マントルプルームが地表近くに到達すると、プレート内でさえ大規模な融解を引き起こし、地表火山を引き起こすことがあります。火山岩が非常に大量に堆積している地域である大火成地域 (LIP) は、大きな噴煙によって引き起こされたと考えられています。 LIP イベントは、多くの場合、大量のガスを大気中に放出することを伴うため、科学者にとって特に興味深いものです。これは、気候を大幅に変化させ、大量絶滅の原因となる可能性があります。
ただし、問題は、LIP の位置を制御するものです。地震観測では、太平洋とアフリカの下のマントル最下部に 2 つの大きな塊があり、地震速度が著しく低いことが示されています。これらの 2 つの大きなブロブは、「大きな低せん断速度領域」または LLSVP と呼ばれます。 LLSVP は周囲よりも高温であると考えられており、LIP を引き起こすマントル プルームの発生源である可能性があります。興味深いことに、以前の研究では、LIP の最初の噴火サイトが LLSVP の端の上で優先的に発生することがわかっています。言い換えれば、マントルプルームはLLSVPの端近くで優先的に発生します。では、問題は次のとおりです。なぜそうなのか?
Earth and Planetary Science Lettersに掲載された最近の研究では 、数値シミュレーションと理論解析を実行して、マントルプリュームの発生源の位置を制御するものを答えました。質量保存、運動量保存、エネルギー保存の基本的な物理法則に従い、スーパーコンピュータを使用して微分方程式を解きます。地球のマントル全体のダイナミクスをモデル化します。私たちの数値実験は、マントルプルームの発生源の位置が、粘性、熱膨張率、熱拡散率などの最下部マントルの物理特性によって制御されることを示しています。これらの物理パラメータに地球のような値を使用すると、強力なマントル プルームが LLSVP の端またはその近くで優先的に発生することがわかりました。私たちの結果は、熱境界層の不安定性に関する古典的な理論の予測と一致しています。
熱境界層理論は、熱境界層が臨界厚さに達すると、熱不安定性 (マントルプルームなど) が形成されると予測しています。私たちの結果は、LLSVPの外側の材料がマントル流によってLLSVPの端に向かって移流され、熱境界層の厚さがLLSVPの端に向かって増加することを示しています。現在の地球のような状態では、LLSVP エッジに到達する前にプルームを発達させるのに十分なほど熱境界層を厚くすることは困難です。結果として、強力なマントル プルームが LLSVP エッジまたはその近くで優先的に発生します。
この研究「マントル対流の 3D 球体モデルからのマントル プリュームの発生源の位置」は、最近 Earth and Planetary Science Letters に掲載されました。
