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地球 ちきゅう の内部 ないぶ 構造 こうぞう を描 えが いた想像 そうぞう 図 ず 。
マントル (英語 えいご : mantle , 「覆 おお い」の意 い )は、天体 てんたい の内部 ないぶ の層 そう の一 ひと つ。
惑星 わくせい や衛星 えいせい において、核 かく の外側 そとがわ にある層 そう である。地球 ちきゅう 型 がた 惑星 わくせい などでは金属 きんぞく の核 かく に対 たい しマントルは岩石 がんせき からなり、さらに外側 そとがわ には、岩石 がんせき からなるがわずかに組成 そせい や物性 ぶっせい が違 ちが う、ごく薄 うす い地殻 ちかく がある。
名称 めいしょう はフランス語 ふらんすご のマント (manteau)に由来 ゆらい し、マントルが核 かく の周 まわ りを包 つつ んでいることを表 あらわ している[1] 。
地球 ちきゅう 科学 かがく 上 じょう の未 み 解決 かいけつ 問題 もんだい
内部 ないぶ マントル構造 こうぞう は、地球 ちきゅう の軸 じく のチャンドラーのぐらつきに対 たい する共鳴 きょうめい を提供 ていきょう するのか、それとも他 た の外部 がいぶ メカニズムなのか。利用 りよう 可能 かのう な動 うご きは、433日間 にちかん のぐらつきの期間 きかん のための一貫 いっかん したドライバーではないようである。
1.地殻 ちかく 、2.マントル 、3a.外 そと 核 かく 、3b.内 うち 核 かく 4.リソスフェア 、5.アセノスフェア
マントルの構造 こうぞう [3]
地球 ちきゅう の場合 ばあい は、大陸 たいりく 地域 ちいき で地表 ちひょう 約 やく 30 – 70 kmから、海洋 かいよう 地域 ちいき で海底 かいてい 面 めん 下 か 約 やく 7 kmから約 やく 2,900 kmまでの範囲 はんい を指 さ す。地殻 ちかく は大陸 たいりく 地殻 ちかく や海洋 かいよう 地殻 ちかく といった違 ちが いがあるが地表 ちひょう 面 めん から地下 ちか およそ5 – 60 kmまでの厚 あつ さを有 ゆう しており、マントルはその下層 かそう に位置 いち している。
地球 ちきゅう のマントルと地殻 ちかく の境界 きょうかい は、発見 はっけん 者 しゃ の名 な からモホロビチッチ不連続 ふれんぞく 面 めん (略称 りゃくしょう モホ面 めん )と呼 よ ばれている。地震 じしん 波 は がモホ面 めん を通 とお るときには密度 みつど の違 ちが いから速度 そくど が急変 きゅうへん し角度 かくど によって屈折 くっせつ を起 お こす。地殻 ちかく 直下 ちょっか のマントルは物理 ぶつり 的 てき に地殻 ちかく と一体化 いったいか しているが、同時 どうじ に、モホ面 めん という境界 きょうかい が観測 かんそく されるのである。密度 みつど の違 ちが いは地殻 ちかく とマントルの物質 ぶっしつ 組成 そせい が異 こと なることによる。マントルの下面 かめん はグーテンベルク不連続 ふれんぞく 面 めん と呼 よ ばれており、外 そと 核 かく との境界 きょうかい になっている。
地球 ちきゅう の上部 じょうぶ マントルはかんらん岩 がん を主成分 しゅせいぶん とする岩石 がんせき で構成 こうせい されており、マントル内 ない における化学 かがく 組成 そせい に大 おお きな差異 さい はないとする説 せつ と、上部 じょうぶ マントルと下部 かぶ マントルで異 こと なるとする説 せつ が対立 たいりつ しているが、現在 げんざい では地震 じしん 波 は の観測 かんそく や解析 かいせき の精度 せいど があがり、高温 こうおん 高 だか 圧 あつ 物性 ぶっせい 物理 ぶつり 学 がく も大 おお きく進展 しんてん したことにより成層 せいそう しているとの説 せつ が主流 しゅりゅう になっている。
深度 しんど が深 ふか くなるにつれ、温度 おんど ・密度 みつど ともに上昇 じょうしょう するが、特 とく に密度 みつど については、鉱物 こうぶつ 相 しょう が相 あい 転移 てんい することにより不連続 ふれんぞく に増加 ぞうか する。410 km、520 km、660 km、2,700 kmの地点 ちてん に地震 じしん 波 は の不連続 ふれんぞく 面 めん があり、これが相 あい 転移 てんい の境界 きょうかい と考 かんが えられている。この中 なか では660 km不連続 ふれんぞく 面 めん は明瞭 めいりょう であり、これを境 さかい に上部 じょうぶ マントルと下部 かぶ マントルに分 わ けている。鉱物 こうぶつ 相 しょう による分類 ぶんるい については、上位 じょうい からかんらん石 せき (α あるふぁ 相 しょう )、変形 へんけい スピネル相 しょう (β べーた 相 しょう 、ウォズレイアイトとも)、スピネル相 しょう (γ がんま 相 しょう 、リングウッダイト とも)、ペロブスカイト相 しょう 、ポストペロブスカイト相 しょう (D’’層 そう ディーツープライム とも)となっている。マントル構成 こうせい 物質 ぶっしつ は、この境界 きょうかい を移動 いどう するごとに相 あい 転移 てんい し結晶 けっしょう 構造 こうぞう が変化 へんか 、密度 みつど も変化 へんか する。
かんらん石 せき の層 そう はモホ面 めん から440 km不連続 ふれんぞく 面 めん までで、マントルの最 さい 上部 じょうぶ を占 し める。この層 そう は、地殻 ちかく とともに圧力 あつりょく や温度 おんど 、水分 すいぶん 含有 がんゆう 量 りょう などの条件 じょうけん により、部分 ぶぶん 溶融 ようゆう を起 お こしマグマ を生成 せいせい する。変形 へんけい スピネル相 しょう およびスピネル相 しょう はマントル遷移 せんい 層 そう または転移 てんい 層 そう とも呼 よ ばれている。660 km以深のペロブスカイト相 しょう の層 そう では、圧力 あつりょく は23.4 GPaを超 こ えている[4] 。スピネル相 しょう 構造 こうぞう のかんらん石 せき が分解 ぶんかい され、マグネシオウスタイト (Mg,Fe)Oと稠密 ちゅうみつ な構造 こうぞう のペロブスカイト MgSiO3 とで構成 こうせい されている。2,700 km以深のマントルの最 さい 下部 かぶ はD’’層 そう とも呼 よ ばれ、ペロブスカイト相 しょう よりも稠密 ちゅうみつ で密度 みつど も高 たか いポストペロブスカイト相 しょう となっている。ポストペロブスカイト相 しょう の発見 はっけん は、2004年 ねん のことである。核 かく 境界 きょうかい 付近 ふきん の構造 こうぞう は不明 ふめい な部分 ぶぶん も多 おお く、下部 かぶ マントル層 そう の深部 しんぶ で核 かく に接 せっ している部分 ぶぶん は薄 うす い層 そう が溶解 ようかい し、この溶解 ようかい 部分 ぶぶん からマントル・プリューム が上昇 じょうしょう しているのではないかという説 せつ がある[5] 。
また、マントルを力学 りきがく 性質 せいしつ から分類 ぶんるい すると、上位 じょうい から地殻 ちかく と合 あ わせてリソスフェア 、アセノスフェア 、メソスフェア に分類 ぶんるい される[3] 。リソスフェアは地殻 ちかく も含 ふく んだマントル上部 じょうぶ の層 そう で、温度 おんど ・密度 みつど が低 ひく く、剛性 ごうせい も高 たか い。その下面 かめん は60 – 100 kmの地点 ちてん にある。リソスフェアはプレートテクトニクス におけるプレート にほぼ相当 そうとう する部分 ぶぶん で、地表 ちひょう 面 めん を移動 いどう している。アセノスフェアはリソスフェアとメソスフェアの間 あいだ にある層 そう で、100 – 300 kmの間 あいだ にある。地震 じしん 波 は の低 てい 速度 そくど 域 いき であり、物質 ぶっしつ が部分 ぶぶん 溶融 ようゆう し、流動 りゅうどう 性 せい を有 ゆう している。低 てい 速度 そくど 域 いき のみがアセノスフェアとされるが、場合 ばあい によっては下限 かげん を660 kmの面 めん と考 かんが える説 せつ もある。メソスフェアはマントルの大 だい 部分 ぶぶん を占 し め、高 たか い剛性 ごうせい を有 ゆう する固体 こたい と考 かんが えられている。
リングウッド(A. E. Ringwood, 1963)らは、上部 じょうぶ マントルの組成 そせい はダナイト と玄武岩 げんぶがん が3:1の割合 わりあい で混合 こんごう したパイロライト(pyrolite)と呼 よ ばれる仮想 かそう 的 てき 岩石 がんせき から構成 こうせい され、この物質 ぶっしつ が分別 ふんべつ 溶融 ようゆう を起 お こすと玄武岩 げんぶがん 質 しつ マグマが生成 せいせい すると考 かんが えた[6] [7] 。
下部 かぶ マントルの組成 そせい については諸説 しょせつ あり、上部 じょうぶ マントルと同 おな じパイロライトの組成 そせい を維持 いじ しているとする説 せつ [8] [9] 、または、化学 かがく 組成 そせい が異 こと なりより二酸化 にさんか ケイ素 けいそ 成分 せいぶん に富 と んだペロブスカイト相 しょう (MgSiO3 )を主成分 しゅせいぶん とするとする説 せつ [10] があり決着 けっちゃく がついていない。前者 ぜんしゃ であればマントルは太陽系 たいようけい の元素 げんそ 組成 そせい に近 ちか いCIコンドライト よりもケイ素 けいそ に枯渇 こかつ している事 こと になり、後者 こうしゃ であれば始 はじめ 源 げん 的 てき な隕石 いんせき であるC1コンドライトの化学 かがく 組成 そせい に一致 いっち するが、マントルは2層 そう 対流 たいりゅう で上部 じょうぶ と下部 かぶ の物質 ぶっしつ の混合 こんごう が起 お こりにくい構造 こうぞう を支持 しじ する。
従来 じゅうらい の地底 ちてい 直接 ちょくせつ 探査 たんさ は、コラ半島 はんとう 超 ちょう 深度 しんど 掘削 くっさく 坑 あな (ソビエト連邦 れんぽう )や国際 こくさい 深海 しんかい 掘削 くっさく 計画 けいかく などでも到達 とうたつ 深度 しんど は地殻 ちかく にとどまっている。マントルやその下 した の構造 こうぞう は地震 じしん 波 は の伝 つた わり方 かた などから推測 すいそく して調査 ちょうさ されてきた[13] 。日本 にっぽん の海洋 かいよう 研究 けんきゅう 開発 かいはつ 機構 きこう (JAMSTEC)が地球 ちきゅう 深部 しんぶ 探査 たんさ 船 せん 「ちきゅう 」により、2020年代 ねんだい 前半 ぜんはん のマントル掘削 くっさく と試料 しりょう 直接 ちょくせつ 採取 さいしゅ を目指 めざ している[14] 。
このほかにJAMSTECは静岡大学 しずおかだいがく ・新潟大学 にいがただいがく ・金沢大学 かなざわだいがく とともに、国際 こくさい 陸上 りくじょう 科学 かがく 掘削 くっさく 計画 けいかく (ICDP)に参加 さんか 。過去 かこ の地殻 ちかく 変動 へんどう で地表 ちひょう 近 ちか くにせり上 あ がってきたマントルが含 ふく まれるオフィオライト を中東 ちゅうとう オマーン で採取 さいしゅ し、ちきゅう船内 せんない に運 はこ んで分析 ぶんせき している[15] 。
上記 じょうき のように、マントル上部 じょうぶ の物質 ぶっしつ についてはオフィオライト [16] など、造山 つくりやま 運動 うんどう などにより地表 ちひょう に現 あらわ れたものがあり、マントル下部 かぶ の物質 ぶっしつ についてもキンバーライト など地表 ちひょう に噴出 ふんしゅつ したものが発見 はっけん されている。
地震 じしん 波 は トモグラフィーにより、地球 ちきゅう 内部 ないぶ の密度 みつど などを算定 さんてい するほか、地表 ちひょう で得 え られたマントル物質 ぶっしつ を参考 さんこう に、シミュレーション のほか、鉱物 こうぶつ の高 こう 圧 あつ 実験 じっけん による再現 さいげん 実験 じっけん を行 おこな い、条件 じょうけん に合 あ う圧力 あつりょく ・温度 おんど ・密度 みつど とその際 さい の鉱物 こうぶつ 相 しょう を明 あき らかにしている[17] [10] 。
マントルの物性 ぶっせい 値 ち は下表 かひょう のようであるとされている。マントルの流動 りゅうどう の研究 けんきゅう には流体 りゅうたい 力学 りきがく などが援用 えんよう されるが、物性 ぶっせい 値 ち のうち特 とく に粘性 ねんせい の(通常 つうじょう の流体 りゅうたい と比較 ひかく したときの)特異 とくい 性 せい がCFD などを用 もち いた解析 かいせき を困難 こんなん なものにしている。
地球 ちきゅう 以外 いがい の天体 てんたい [ 編集 へんしゅう ]
地球 ちきゅう 型 がた 惑星 わくせい と月 つき の内部 ないぶ 構造 こうぞう を描 えが いた絵図 えず 。灰色 はいいろ がマントル。月 つき の内部 ないぶ 構造 こうぞう もまた想像 そうぞう 図 ず である。
地球 ちきゅう 型 がた 惑星 わくせい や大型 おおがた の岩石 がんせき 衛星 えいせい は、地球 ちきゅう に似 に たマントルを持 も つと推定 すいてい されている。金属 きんぞく 核 かく の割合 わりあい が高 たか いとされる水星 すいせい のマントルは地球 ちきゅう と比較 ひかく して酸化 さんか 鉄 てつ の割合 わりあい が少 すく なく、硫黄 いおう の含有 がんゆう 量 りょう が多 おお いと推定 すいてい される[19] 。対 たい して、火星 かせい のマントルは酸化 さんか 鉄 てつ の含有 がんゆう 量 りょう が多 おお いと推定 すいてい される[20] 。
木星 もくせい 型 がた 惑星 わくせい は、核 かく の外側 そとがわ に金属 きんぞく 水素 すいそ のマントルを持 も ち、その外側 そとがわ には液体 えきたい 水素 すいそ の層 そう があると推測 すいそく されている。天王星 てんのうせい 型 がた 惑星 わくせい は、核 かく の外側 そとがわ に水 みず 、アンモニア 、メタン の氷 こおり からなるマントルがあり、その外側 そとがわ には水素 すいそ とヘリウムの層 そう があると推定 すいてい されている。ただし、これらの層 そう がマントルと呼 よ ばれることは比較的 ひかくてき 少 すく ない。
大型 おおがた の氷 こおり 衛星 えいせい や太陽系 たいようけい 外縁 がいえん 天体 てんたい の中 なか には、氷 こおり と岩石 がんせき の2層 そう からなっているものがあると推測 すいそく されている。この場合 ばあい 、中心 ちゅうしん 部 ぶ の岩石 がんせき の層 そう を核 かく 、周辺 しゅうへん 部 ぶ の氷 こおり の層 そう をマントルと呼 よ ぶ。エウロパ やガニメデ などでは、マントルの最 さい 下層 かそう は潮汐 ちょうせき 摩擦 まさつ による地熱 じねつ で溶 と けて海 うみ になっている可能 かのう 性 せい がある。
^ Twitter - 巽 たつみ 好幸 よしゆき
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^ 例 たと えば世界 せかい 初 はつ !マントル深部 しんぶ の高温 こうおん 高 だか 圧 あつ 条件下 じょうけんか で地震 じしん 波 は 速度 そくど 精密 せいみつ 測定 そくてい に成功 せいこう マントル遷移 せんい 層 そう の化学 かがく 組成 そせい 解明 かいめい ・「プレートの墓場 はかば 」の存在 そんざい を示唆 しさ 愛媛大学 えひめだいがく 他 た 2008年 ねん
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