地球深部の地震の謎が月の起源を示唆

アフリカ大陸と太平洋中部の深海には、地質学的謎が山積している。マントルの底、およそ 1,800 マイル (2,890 キロメートル) 下の深海だ。科学者は通常、地震によって発生する地震波を使って地球内部を覗く。しかし、地震波はゼリーに閉じ込められたかのように減速するため、この地域ではそうした波は特に役立つものではない。

数百キロメートルの幅がある可能性のあるこれらの領域は、超低速度帯 (ULVZ) と呼ばれ、これまでその起源は謎のままでした。しかし現在、地質学者のチームが考えをまとめています。これらの謎の領域の形成をシミュレーションした結果、地質学者は、これらの特徴が実際には数十億年前の古代の物質の塊であり、長い年月をかけてマントルの底に沈んだものであるという証拠を得ました。

研究者らは12月30日、ネイチャー・ジオフィジックス誌に研究結果を発表した。彼らのシミュレーションが正しければ、ULVZは初期の地球の状況を垣間見る窓となる可能性がある。

「私がそれらについて興味を持ち続けているのは、それらが最下層のマントルの非常に奇妙な特徴であるという点です」と、ユタ大学の地質学者で論文の著者の一人であるマイケル・ソーンは言う。

科学者たちは長年、ULVZ が正確には何なのか、何がそれを生成したのかを確信していませんでした。これらの領域は、地球の外核の端にあるマントルの底にあります。科学者たちは、これらのゾーンが周囲のマントルよりもはるかに密度が高いことは知っていましたが、それは答えよりも多くの疑問を生むだけでした。

「これらの特徴は下部マントルのさまざまな場所で見ることができますが、それらに関する多くの基本的な疑問の答えはまだわかっていません」とソーンは言います。彼によると、それらが何でできているか、どれくらい大きいか、さらにはそれらがどこに位置しているかさえわかっていないそうです。

これらがどのように形成されたかを知ることで、これらの疑問のいくつかに答えることができるかもしれない。「超低速度帯の物理的特性はその起源と関係している」と、ユタ大学の地球物理学者でもう一人の著者であるスーリヤ・パチャイ氏は声明で述べている。

残念ながら、ULVZ の起源は、他の部分と同様に不明瞭です。一部の科学者は、ULVZ が太平洋のハワイやサモアの火山の下にあることから、火山ホットスポットのマグマの源である可能性があると考えていました。しかし、他の多くの既知の ULVZ は火山と一致していないため、それはあまり意味をなさないようです。

そして、ULVZ に関するほとんどの理論では、ULVZ は何らかの材料の 1 つの層から作られていると想定されていました。しかし、これは決して確実ではなく、複数の層を持つ ULVZ は大きく異なる特性を持つことになります。

ソーン、パッチャイ、および彼らの同僚は、グレートバリアリーフがあるオーストラリア北東部の珊瑚海の深部に位置する超低気圧帯の1つの領域に注目した。そこは地震が頻繁に発生するため、理想的な場所だ。それらの地震は、科学者が地球内部を視覚化するために使用できる地震波を大量に発生させる。

しかし、彼らが観測した地震波の特徴は、海の最も深いところから数千マイルも離れたところからでも、ULVZ のぼやけた不確かな画像しか提供しなかったため、科学者たちはシミュレーションに目を向けました。彼らは、ULVZ を含む地球内部の理論モデルを作成し、そこを通過する地震波をシミュレートして、仮想地球上の観測者にその波がどのように見えるかを判断しました。さまざまな条件下でシミュレーションを実行し、結果をコーラル海の下で観測したものと比較して、各モデルがどの程度一致するかを調べました。

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「最も印象的だったことの一つは、スーリヤがULVZが層状であった証拠を発見したことだ」とソーンは言う。

彼らの研究に最もよく一致したのは、ULVZ が単一の層ではなく複数の層を持つというシナリオでした。パチャイ氏は、彼らの知る限り、これがこの証拠を示した最初の研究であると述べています。

彼らのモデルは、地層が均一ではないことも示している。地層の構成と構造には多くの不均一性がある。研究者たちは、これらの地層は地球の歴史の初期に形成されたに違いないと考えている。

「45億年にわたるマントル対流を経ても、まだ十分に混ざり合っていない」とパチャイ氏は言う。

研究者たちは、これは地球がまだ若かったころの大変動に関係しているのではないかと考えている。45億年前、テイアと呼ばれる小惑星が地球に衝突した。この衝突で、後に月になる破片が舞い上がった可能性がある。

衝突の巨大なエネルギーによって地球は巨大な塊に砕け散り、さまざまなガスや結晶が混ざり合った溶岩の海が残った。この海が冷えて自然に分離し、現在のマントルと地殻になるにつれ、より密度の高い物質は混ざることなく底に沈んでいったと考えられる。

その高密度の材料が、今日の ULVZ の基礎を形成することになります。

もちろん、これはあくまでも一つの理論であり、地球上の一地点に限定されている。研究者らは、ULVZ からさらに詳細を収集することで、古代のマグマの海がどのようなものであったかについて、さらに多くのことを知ることができると述べている。

「さまざまな未知の疑問が残っているため、基本的な発見の余地はまだたくさんあります。そして、それが私を研究に引き付け続けるのです」とソーン氏は言う。「地球が何でできているか、どのように機能しているかについての基礎知識を増やす可能性があるのです。」