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プレートテクトニクスとは何か?なぜ大陸は移動するのか?簡潔にわかりやすく解説

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本記事は、What Is Plate Tectonics? How Does It Work?
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約4分17秒

プレートテクトニクスとはなんでしょうか?これは、地理・地学の授業の初期に提示される疑問の一つです。平たく言えばプレートテクトニクスとは、地球の外殻が後続の層の上を移動することを説明する科学理論です。

 

地球の外殻はリソスフェアと呼ばれ、硬く、厚さは約100kmと言われています。リソスフィアは海洋地殻、大陸地殻および最上層のマントルで構成されています。

 

リソスフェアの下にあるのがアセノスフェアです。これはマントルの中でも粘性がありほとんどが可鍛性のある層で、上にある固体の層はアセノスフェアの上を滑ることができます。この層は地表から80~200kmの範囲に位置し、この動きの性質とメカニズムは今でも盛んに研究の対象となっています。

 

プレートテクトニクス理論の歴史

プレートテクトニクス理論は、アルフレッド・ウェゲナーが1912年に発表した有名な「大陸移動説」を、現代的に改良したものです。ウェゲナーは1912年に「大陸移動説」を発表し、すべての大陸はかつてパンゲアと呼ばれる一つの大陸の一部であったが、その後崩壊して現在の形になったとしました。しかしウェゲナーは、巨大な大陸がどのようにして移動するのかについて、もっともらしい説明をすることができませんでした。Plate tectonics

過去2億5000万年の大陸移動のアニメーション|USGS

 

このような現象を説明するために、いくつかの理論が提唱されましたが、どれも十分な信憑性がありませんでした。またウェゲナーの大陸移動説も、複数の地球科学者から批判を受け真っ向から否定されました。

 

プレートテクトニクス(最終的には大陸移動説)が科学の世界で受け入れられたのは、1960年代になって地震学的に海底が広がっていることが直接証明されてからです。

 

プレートとは何か?また、その数は?

 

プレートとは、地殻とマントルの最上層からなるリソスフェア(岩石圏)の巨大で不規則な形状の塊のことを指します。地質学者はいくつかのプレートを特定しており、それらはメジャープレート、マイナープレート、マイクロプレートの3つの基本的なカテゴリーに細分化されています。

 

太平洋プレート、北アメリカプレート、南アメリカプレート、ユーラシアプレート、アフリカプレート、南極プレート、オーストラリアプレート、インドプレートの8つの主要なプレートがあり、面積が2,000万km2以上のプレートがメジャープレートに分類されます。また、15のマイナープレートと多数のマイクロプレートが知られています。

 

プレート境界

構造プレートは相互作用を繰り返しており、その場所をプレート境界と呼びます。プレート境界は、その相互作用の性質により発散境界、収束境界、横ずれ境界の3種類に分類されます。

 

発散境界は対立する2つのプレートが互いに離れていき、その結果隙間ができることで誕生します。この隙間を埋めるのは、地球のマントル内から上昇するマグマです。発散境界の最も有名な例は大洋中央海嶺です。ここでは、上昇するマグマが絶えず新しい地殻を作りながら、地殻プレートが徐々に離れていきます。

 

一方で収束境界は、片方のプレートがもう一つのプレートの下に沈み込むことで誕生します。このような地域は沈み込み帯とも呼ばれ、地震や火山の噴火が頻繁に起きます。

 

プレート境界の3つ目のタイプは、プレート同士が水平にスライドする横ずれ境界です。トランスフォーム断層の多くは海の下にありますが、カリフォルニアのサンアンドレアス断層のように陸地で観測されるものも僅かながらあります。横ずれ境界の他の例としては、パキスタンのチャマン断層、トルコの北アナトリア断層、アメリカのクイーンシャーロット断層などがあります。

 

どのように作用するのか?

では、プレートテクトニクスとはどのような仕組みで作用するのでしょうか?もっと言えば、巨大なプレートが地球上を移動するのはなぜなのか?その答えは2つあります。1つ目は、ある種のマントル対流(まだ詳しくは解明されていません)、2つ目は、重力に関係しています。

 

マントル対流とは、地球内部の熱が対流によって地表にゆっくりと移動するプロセスを指します。地球上のプレートテクトニクスを引っ張る(沈む)、押す(広がる)ことで導いています。

 

熱い溶岩は大洋中央海嶺で上昇し、冷たくて比較的密度の高い海洋リソスフェアは沈み込み帯でマントルの奥深くに沈みます。長い間、このプロセスがプレートを動かす主導的な力であると信じられてきました。

 

しかし地球科学者たちは、プレートテクトニクスにおいて重力が以前よりもはるかに重要な役割を果たしていると考えています。大洋中央海嶺で形成される新しい地殻は、岩石圏に比べて密度がかなり低いです。徐々に発散境界から遠ざかり、密度が高くなると同時に伝導冷却によって冷たくなります。海洋リソスフェアはアセノスフェアに比べて密度が高いため、沈み込み帯ではマントルの奥深くまで沈み込むことができます。

 

新しい地殻がゆっくりと大洋中央海嶺から離れていくメカニズムは、重力滑動(通称:リッジプッシュ)と呼ばれています。海嶺の近くで新しい海洋リソスフィアが形成されると、重力によってそれが滑り落ち、古い物質を押して海嶺から遠くに移動させます。

 

過去の地殻変動の様子

地球上で発見された最も古い大陸地殻は約40億2000万年前のものです(地球自体の年齢は45億4000万年です)。しかし、海洋リソスフィアは絶えずリサイクルされているため、最古の海底は約3億4千万年前のものです。これは地中海東部の一部で発見されました。

 

地球上で地殻変動が始まったのは、世界中で採取された古代の岩石や鉱物のデータから約30~35億年前と考えられています。大陸は地球の歴史のほとんどで存在していますが、現在の形になるまでにはいくつかの構成を経ていると考えられます。

 

地球上のプレートテクトニクスの歴史を復元するために、多くの研究が行われてきました。地殻プレートの継続的でゆっくりとした動きによって大陸が形成されたり、破壊されたりしています。その中には、すべての大陸を含む一つの陸塊である超大陸の形成(および崩壊)も含まれます。

 

最初の超大陸は、早ければ20億年前に形成され、1.5年前くらいに分裂したと考えられています。その超大陸はコロンビアまたはヌーナと名付けられました。

 

おそらく次の超大陸であると考えられているロディニアは10億年前に形成され、6億年前くらいに破裂したと言われています。最も新しい超大陸であるパンゲアは、約3億年前の古生代後期に形成されました。

 

約1億7500万年前にパンゲアが分裂したとき、ローラシア大陸とゴンドワナ大陸の2つに大きく分けられ、両者はテチス海で隔てられていました。ローラシア大陸は現在のヨーロッパ、アジア、北アメリカになり、ゴンドワナ大陸はインド亜大陸、アフリカ、南アメリカ、アラビア、オーストラリアと南極を含むその他の地域になりました。

 

プレートテクトニクスが地球の気候に果たす役割

宇宙生物学者や地質学者が行った多くの研究により、プレートテクトニクスが地球上の生命をそのまま維持するために不可欠なものである可能性が明らかになってきました。地殻のリサイクルがなければ、地表の温度は安定しなかったかもしれません。沈み込んで新しい地殻を作らなければ、地球の海は生命を維持するための栄養分を奪われたままだったかもしれません。2015年に行われた研究では、高度な種の進化にはプレートテクトニクスが不可欠だとさえ主張されています。

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