地球深部は、謎、多きところです。深部の概略はわかっているのですが、本当の姿、確かな実態は、定かには見えていません。でも、かすかな手がかりをもとに、最新の技術と知恵を使って、研究は進められています。
マントルは半径で、地球の半分以上を占めていることになります。私たちは、地球の表層からしか、内部を探ることができません。深部になればなるほど、その実態は不確かになります。ですから、マントル下部や核については、地震波の分解能は、あまりよくありません。正確にはわからないことが、多々あります。しかし、研究の進展はあります。
前回紹介したコールドプルームとスーパーホットプルームは、地震波でその存在は見えてきています。ただしプルームの動きは非常に遅いので、運動自体は見えているわけではありません。
遷移帯に留まるコールドプルームと、その下には核の直上にコールドプルームが見えています。このような分布から、断続的にコールドプルームが落ちていると推定されます。また、スーパーホットプルームでも似たような状況がみえます。以上の推定から、対流の運動自体は捉えてないのですが、プルームによるマントル対流のモデルには、それなりの説得力があるようにみえます。
スーパーホットプルームの周囲に、少々不思議な部分があることが、地震波からわかっていました。スーパーホットプルームのある南太平洋とアフリカ大陸の真下に、核との境界、つまり下部マントルの底に、地震波速度が異常に遅くなっている領域が、小さいのですが存在することが観測からわかってきました。
その部分が何かということは、これまでよくわかっていなませんでした。東北大の村上元彦准教授らは、2014年「Nature Communications」誌で、実験によって、ある可能性を提示しました。ダイヤモンドアンビルとレーザーを利用した高温高圧発生する装置でマントルの底の条件を生み出します。その高温高圧の状態のまま、Spring-8（大型放射光施設）でその場、観測をしました。高温高圧にした物質は、マントル底部に存在する可能性がある重いマグマを想定した成分でした。その成分を、下部マントルの底に条件して調べたものです。
すると、深くなるとともに、試料の色が「暗く」なっていきました。試料の色が「暗く」なるのというは、圧力とともに鉄の電子状態が変化するためだと、村上さんたちは推定しました。
暗くなると、熱は伝わりにくくなります。周囲のマントル物質より5～25倍も熱を伝えにくい（熱伝導度が小さい）ことを示しました。その結果、そのようなマグマが少量でもあれば、核からの熱を伝えにくい部分ができ、熱の不均衡が生じ、周辺や隙間から熱が出ていこうとします。それが、スーパーホットプルームの上昇流を生んでいると考えました。
そして、この重いマグマ（液体）は、地球創世時代の表層を覆っていたマグマオーシャンの名残だというのです。ここ以外のマグマオーシャンはすべて固まってしまったのですが、その名残がまだ固結せずに、残っているのではないかという前提で、村上さんたちは実験を行いました。
さて、まだこれは仮説です。実験に用いた物質も、想定されたもので、確証のあるものはありません。他の可能性もあるかもしれません。いろいろと実験や観察技術は進んできているので、マントルの底まで見られる状態に近づいてきました。しかし、その可能性を検証するための地震波のデータが、まだ精度が足りないようです。現在のように進んだ科学技術を持ってしても、まだまだわからないことだらけなのです。地球は、それほど大きいということでしょう。
・アイディアの実証・
マグマオーシャンの名残とは
なかなか魅力ある考え方です。
この異常に地震波の遅い領域を
単に何らの物質が溶融して
重たいマグマできていると考えることもできます。
これが一番単純な考え方ではないでしょうか。
いろいろな自由なアイディアを出して、
それを検証していくことができれば楽しいのですが、
実験や観察には、大きな、あるいは高価な装置が必要になり、
誰にでもできるわけはありません。
一部の限られた実績のある研究者だけができます。
そんな研究者に期待したいものです。
・研究を進めよう・
いよいよ世間はゴールデンウィークになります。
私も少し休むつもりですが、
校務が忙しくて、これまで研究ができずに、
少々ストレスが溜まってきています。
熊本への地質調査もキャンセルとなりました。
ですから今年のゴールデンウィークは
たっぷりと自分の時間ができました。
この間にしっかりと研究を進めたいと思います。
