地球のマントルは何でできているのか?

地球は、他の地球型惑星(水星、金星、火星)と同様に、何層にもわたって構成されています。 これは、より重い物質が中心部に沈み込んでコアを形成し、より軽い物質が外周部に形成されるという惑星分化の結果である。 コアが鉄やニッケルを主成分としているのに対し、地球の上層部は珪酸塩岩や鉱物で構成されている。

この領域はマントルと呼ばれ、地球の体積の大部分を占めています。また、この層の動き(対流)が、地球のすべての火山や地震の原因となっています。

定義:

平均厚さ2,886キロメートルのケイ酸塩岩石からなるマントルは、地球の地殻と上部コアの間に位置しています。 マントルは、地球の体積の84%を占めており、コアが15%、残りは地殻が占めている。

分化した惑星体である地球の層。 Credit: Wikipedia Commons/Surachit
分化した惑星体である地球の層。 Credit: Wikipedia Commons/Surachit

地殻プレートを含む上部マントルについての私たちの知識は、地震波の分析、熱流、磁気、重力の研究、岩石や鉱物の実験室での実験などから得られています。

構造と組成:

マントルは、地震学の結果に基づいて、上部マントルと下部マントルに分けられます。 これらは、地表から約7~35km(4.3~21.

上部マントルには、2つの主要なゾーンがあります。

上部マントルには、2つの主要なゾーンがあります。最も内側にあるのが内側アステンスフィアで、厚さ平均約200kmの塑性流動性岩石で構成されています。

リソスフィアの上部は地殻で、厚さ約5~75kmの薄い層です。

地球の内部構造。 Credit: Wikipedia Commons/Kelvinsong
The internal structure of Earth(地球の内部構造)。 Credit: Wikipedia Commons/Kelvinsong

海の下には、実際にマントルが露出している場所があります。

陸地では、地殻変動によってマントル岩が表面に押し出されている場所がいくつかあります。カナダのニューファンドランド・ラブラドール州のグロス・モーン国立公園のテーブルランド地域、エジプトのセント・ジョンズ島、紅海のザバルガド島などが有名です。 また、鉄、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、カリウムなども含まれています。 これらの元素が結合したものが珪酸塩岩で、すべて酸化物の形をしています。 最も多いのは二酸化ケイ素(SiO2)で48%、次いで酸化マグネシウム(MgO)で37.8%となっています。

対流:

地表と外核の温度差により、マントルには対流物質が循環しています。 これは、地球の内部から表面に熱を運ぶ、地球のケイ酸塩マントルのゆっくりとした、表面を横切る動きです。

南太平洋から南アメリカにかけての火山地帯である環太平洋火山帯。 Credit: Public Domain
南太平洋から南アメリカにかけての火山地帯の連なりである環太平洋火山帯。 Credit: Public Domain

リソスフェアはいくつかのプレートに分かれており、それらは対向するプレート境界で絶えず生成と消費を繰り返しています。 沈み込み帯とは、収束したプレート境界で、あるマントル層が別のマントル層の下に移動する場所のことで、物質の下降が起こります。

この混沌としたプロセスは、プレートの動きに不可欠なものであり、それが大陸移動の原因になっていると考えられています。

探査:

マントルの科学的調査や探査は、海洋地殻が大陸地殻に比べて相対的に厚いことから、一般的には海底で行われます。 最初のマントル探査は「モホール計画」と呼ばれ、最深部で約180mの浸透を達成した。

2005年には、海洋掘削船ジョイデス・レゾリューション号が、海底から1,416メートルの深さのボアホールを達成。 2007年には、イギリスの調査船RRS James Cookに乗った科学者チームが、ケープ・ヴェルド諸島とカリブ海の間に位置するマントルの露出部の調査を行いました。

2009年の科学掘削船JOIDES Resolution。 Credit: William Crawford/IODP/TAMU
2009年に海上で撮影された科学掘削船「JOIDES Resolution」。 Credit: William Crawford/IODP/TAMU

近年、小型で高密度の熱を発生するプローブを使って地球の層を探査する方法が提案されました。 このプローブは、地殻とマントルの中を溶かしながら進み、岩石を貫通する際に発生する音響信号で通信します。

このプローブは、タングステンの外殻と、放射性熱源として機能するコバルト60のコアで構成されています。

このようなプローブは、6ヶ月以内に海洋のモホに到達し、数十年後には海洋と大陸の両方のリソスフィアの下で、100kmをはるかに超える最小深度に到達すると計算されています。

地球のマントルはまだかなりの深さまで探査されていませんが、過去数世紀にわたる間接的な研究から多くのことがわかっています。

ユニバース・トウデイでは、これまでにも地球の内部について多くの記事を書いてきました。

地球のマントルについての記事、地球の内部、内核の発見についての記事、マグマと溶岩の違いについての記事、地球のコアが地殻よりも速く回転していることについての記事などがあります。

さらに詳しい情報は、米国地質調査所(USGS)をご覧ください。

Astronomy Castにもこのテーマのエピソードがあります。こちらのエピソード51をお聞きください。 地球。

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