地球のプレートテクトニクスが最近根本的な変化を起こしたことを示す新たな証拠

2023 年 7 月 26 日

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コペンハーゲン大学による

地球は、太陽系の惑星の中でも本当にユニークです。 そこには広大な海があり、豊かな生き物がいます。 しかし、地球は、地質や気候を形成し、おそらく生命の進化に影響を与えたプレートテクトニクスを持つ唯一の惑星であるという点でもユニークです。

プレート テクトニクスは、地球の表面上のプレートの動きと相互作用を説明します。 この動きは、内部から地球の表面に熱を運ぶ、対流と呼ばれる地球のマントルの非常にゆっくりとした忍び寄る動きによって引き起こされます。

研究者らは、45億年前の地球形成直後に始まったマントル内の対流はマントル全体の規模で起こっていると考えている。 そのため、プレートが地球の表面で衝突すると、一方は道を譲って熱いマントルに沈み、地球の金属核の上にある一種のプレートの墓場に行き着きます。

しかし、ネイチャー誌に掲載されたコペンハーゲン大学の新しい研究は、このスタイルのプレートテクトニクスが地球の地質史のより最近の特徴である可能性があることを示唆しています。

「私たちの新しい結果は、地球の歴史のほとんどにおいて、マントル内の対流が 2 つの異なる層、つまり互いに隔離された上部マントル領域と下部マントル領域に層状化していたことを示唆しています」とコペンハーゲン大学の元助教授、ジェンビン・デン氏は述べています。新しい研究の最初の著者。

上部マントルと下部マントルの間の移行は、地球の表面から約 660 km の深さで起こります。 この深さでは、特定の鉱物が相転移を起こします。 Dengらは、この相転移が上部マントル領域と下部マントル領域がほとんど孤立したままになった理由である可能性があると考えている。

「私たちの調査結果は、過去には、沈み込んだプレートのマントルへのリサイクルと混合は、強い対流が存在する上部マントルに限定されていたことを示しています。これは、沈み込むプレートが下部に沈む今日のプレートテクトニクスの仕組みとは大きく異なります」マントル」と、同じく新しい研究の背後にいるマーティン・シラー准教授は言う。

結論に達するために、科学者たちは、さまざまな岩石中の元素チタンの同位体組成の超高精度測定を行う新しい方法を開発しました。 同位体は、同じ元素の質量がわずかに異なるバージョンです。 チタンの同位体組成は、地球上で地殻が形成されるときに変化します。

このため、チタン同位体は、地殻などの表面物質が地質時代を通じて地球のマントル内でどのようにリサイクルされるかを追跡するのに役立ちます。 この新しい技術を使用して、彼らは38億年前に形成されたマントル岩石から現代の溶岩に至るまでの岩石の組成を決定した。

新しい研究で仮定されているように、構造プレートのリサイクルと混合が上部マントルに限定されている場合、下部マントルには乱れていない原始物質が含まれている可能性があることを意味します。 原始マントルの概念は、約 45 億年前の地球形成の初期段階以来、比較的変化せずに保存されてきたマントル物質の貯蔵庫を指します。

地球深部に原始貯留層が存在するという考えは新しいものではなく、現代の深層火山の溶岩に閉じ込められた希ガスの同位体組成に基づいて示唆されています。 しかし、これらのデータの解釈は曖昧であり、この同位体信号は深層マントルではなく地球の核から来ていると示唆する人もいます。 チタンは地球の核には存在しないため、この長年の議論に新たな視点を提供します。