地球の深部、特にマントルと呼ばれる層では、熱が蓄積し脈動を繰り返しています。これにより、岩石がゆっくりと地殻に向かって上昇します。この動きはマントルのアップウェリングとして知られ、火山を形成し、大陸を分裂させ、新たな海盆を創出する上で重要な役割を果たします。
東アフリカのアファール凹地では、地質学者たちにとって特に注目されている場所です。ここでは、メインエチオピアリフト、紅海リフト、アデン湾リフトという三つの発散するプレート境界が交わっています。
科学者たちはこの地域の熱いマントルの上昇の存在を長い間疑っていましたが、その正確な形状や構成、そしてそれが上方の移動するプレートとどのように相互作用しているかは不明でした。
最近の研究により、アファールの下にあるマントルの構造と挙動についてさらに明確な理解が得られました。この研究は、サウサンプトン大学が中心となり、130以上の比較的新しい火山から溶岩サンプルを収集して行われました。
岩石の化学成分を分析し、既存の地質データと結びつけることで、アファールの下にあるアップウェリングが単純でも均一でもないことを明らかにしました。むしろ、それは非対称的であり、様々なタイプのホットマントルが混在したパッチワークのような構造をしていることがわかりました。
論文の主著者であるエマ・ワッツは、このプロジェクトをサウサンプトン大学で開始し、現在はスウォンジー大学で研究を行っています。「私たちは、アファールの下にあるマントルが均一でも静的でもなく、脈動していることを発見しました。これらの脈動は、異なる化学的特徴を持っています。」と彼女は述べています。
上昇する部分的に溶融したマントルは、上のリフティングプレートによって導かれ、押し上げられます。
地殻が伸びて薄くなっているため、熱い物質がより容易に上昇でき、地殻をさらに弱体化させ、新しい海盆の誕生を加速させます。
このマントルの脈動は心臓の鼓動のように、化学的なストライプを形成していると共同著者のトム・ジャーノン教授は述べています。「化学的なストライプは、マントルが脈動していることを示唆しており、これらの脈動はプレートの厚さや引き裂かれる速度によって異なる挙動を示します。」
特に興味深いのは、このアップウェリングの挙動が、上に何が起こっているかによって変わるという点です。地殻が急速に引き裂かれている地域、たとえば紅海リフトでは、マントルフローがより速く、集中しています。その一方で、動きの遅い地域では、アップウェリングが徐々に広がります。
テクトニクスがマントルフローを駆動する研究では、マントルの化学成分とプレートの動きを結び付けています。「私たちは、深いマントルのアップウェリングの進化が、上のプレートの動きと密接に関係していることを発見しました。」と、サウサンプトン大学とフィレンツェ大学に所属する共同著者のデレク・キールは述べています。
この結びつきは、表面の火山活動、地震活動、そして大陸の分裂過程に影響を及ぼします。観察されたプルームは、リソスフェア（地球の硬い外殻）を下から侵食し、ある場所では15キロメートルまで薄くなっていることが見られます。
プレート運動による引き伸ばしと相まって、この薄さが周期的な火山活動を引き起こします。エチオピア一帯には溶岩流が広がり、新しい地殻が形成されている場所では地震の群れが見られます。研究者たちは、最終的には海水が流れ込み、アフリカの角が本土から分裂すると予想しています。
これは、大西洋がヨーロッパと北アメリカから分裂した際と同じ過程です。大規模な火成 province、たとえば北大西洋火成省は、数千年にわたる気候変動を引き起こしたと考えられています。
アファールのプルームのリズムを理解することは、地域地質学だけでなく、地球の歴史における過去の火山的爆発や突然の環境変化を説明する上でも重要な意義を持っています。
研究者たちは、今後の研究で薄いプレートの下のマントルフローをマッピングし、火山の排出口をどのように誘導するかを探る計画です。「この研究は、深いマントルのアップウェリングがテクトニックプレートの基底の下で流れることができ、火山活動をプレートが最も薄い場所に集中させるのに寄与することを示しています。」とキールは説明しています。
「次の研究では、プレートの下でマントルフローがどのように、またどの速度で発生するのかを理解することを目指します。」
エマ・ワッツは最後に、「異なる専門知識を持つ研究者と一緒に作業することが、地球の表面の下で何が起こるのかを解き明かし、最近の火山活動に関連づけるためには非常に重要です。」と結論づけています。
「さまざまな技術を使用しないと、全体像を見るのは難しい。パズルのすべてのピースを持っていないかのようです。」
この研究は、マントルのアップウェリングが孤立した深部の特徴ではなく、上のテクトニックプレートの動きによって積極的に形作られ、導かれていることを示しています。これにより、私たちが住む地表と深い地球の間には動的なつながりがあることが明らかになりました。
今のところ、科学者たちはエチオピアの下で地球のマントルの脈動を少なくとも聞くことができます。これは、深い場所で進行中の力のリズミカルな信号であり、巨大な大陸をゆっくりと引き裂き、まだ生まれていない海の輪郭を描いています。
この研究は、学術誌『Nature』に掲載されています。
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