多くの火山島は驚くほど涼しい起源を持つ

1月6日にサイエンス誌に掲載された報告書によると、南大西洋のアセンション島などの火山ホットスポットは驚くべき起源を持つ可能性があるという。

科学者たちは長い間、これらの島々は地球のマントルの奥深くから湧き出る熱水噴出によって活動していると考えてきた。しかし、研究者たちが世界中の火山ホットスポットと中央海嶺の温度を比較したところ、これらのいわゆるホットスポットの多くは実際にはかなり低温であることがわかった。

これらの場所の気温は、プルームがマントル深部から上昇するには十分ではないかもしれない、とカリフォルニア大学ロサンゼルス校の地質物理学者で、今回の研究結果の共著者であるカロライナ・リスゴー・バーテロニ氏は言う。これらの謎めいたホットスポットがどのように形成されるかを理解すれば、地球表面下のより浅い深さで起こっている地質学的プロセスについて重要な手がかりが得られるかもしれない、と同氏とチームは結論付けた。

世界の火山活動のほとんどは、海底山脈と呼ばれる海底の山脈がある、プレート境界で起きている。「この海底中央海嶺では、私たちが生活している地殻の下にある物質が湧き上がり、溶けて火山活動を形成し、その結果、プレートが分離して新しい海底が作られます」とリスゴー・バーテロニ氏は言う。「これは、地球内部の大規模な動きの表れです。」

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しかし、まれに、火山は異なるプロセスによって形成され、海嶺から遠く離れた場所に出現することがあります。この 2 番目のカテゴリには、ハワイやガラパゴスの火山島が含まれます。最も広く受け入れられている説明は、これらのホットスポットでは、過熱したプルームが深部から、おそらくは地球の岩石マントルと核の境界から上昇するというものです。プルームは周囲の岩を溶かしてマグマを形成し、最終的に地表から噴出します。プルームの上にある地殻プレートが移動すると、時間の経過とともに一連の火山が形成されます。

科学者たちは、これらの場所で溶岩が冷えて形成された玄武岩は、中央海嶺に沿って形成された玄武岩とは異なる化学的性質を持つことを発見した。「もしそれらが内部深部から運ばれてきた熱い物質から来ているのなら、それらは、私たちが他にはアクセスできない内部の化学、そして惑星の化学的進化を知るための窓口を与えてくれる」とリスゴー・ベルテロニ氏は言う。

中央海嶺の温度はマントル内の典型的な温度を反映するはずだと彼女は言う。上昇するには、プルームは周囲の岩石より摂氏100度から150度（華氏212度から302度）ほど高温でなければならない。「マントル全体を上昇するには、プルームはより高温でなければならない。つまり、中央海嶺より高温でなければならない」とリスゴー・バーテロニは言う。

研究者らは、ホットスポットの玄武岩は中央海嶺の玄武岩よりも約100～300℃（212～572°F）高い温度で融解したと​​推定している。しかし、リスゴー・バーテロニ氏によると、特定のホットスポットの推定値は一貫性がなく、プルームが発生する深さよりはるかに上のマントル上部の温度のみを反映しているという。

彼女によると、海嶺や火山ホットスポットの地下600キロメートル（373マイル）までの温度を測る鍵は地震だという。地震が発生すると、地震波という形で膨大なエネルギーが放出される。地震波が伝わって地震計に到達する速度は、周囲の岩石の組成、深さ、温度によって異なる。

研究者らは、世界中の地震測定データを基にしたモデルを使い、既知の海洋ホットスポット46か所すべての温度を推定した。研究チームはまた、中央海嶺の平均温度がおよそ摂氏1,388度（華氏2,530度）であると計算した。

「私たちが非常に興味深く、衝撃的だったのは、ホットスポットのほとんどが実際にはそれほど熱くないということだ」とリスゴー・バーテローニ氏は言う。

彼女と同僚は、3 つのホットスポット群を特定した。よく記録された煙のある 26 のホットスポットに焦点を絞ったところ、研究者らは、12 のホットスポットが中央海嶺よりも 155 度以上高い、本当に熱い場所であると判断した。しかし、10 のホットスポットは単に暖かいだけで、中央海嶺よりも 50 度から 136 度 (122 度から 277 度) 高いだけだった。さらに 4 つのホットスポットは、中央海嶺と同等かそれより低い、まったく寒い場所だった。

最も暑いホットスポットの集まりには、アイスランド、サモア、ガラパゴス、ハワイの火山が含まれていました。暖かいホットスポットはバミューダとカナリア諸島で発見され、寒いホットスポットはカメルーン、アセンション島、北大西洋のグレートメテオ、またはニューイングランドホットスポットで発見されました。

「ホットスポットはまだ存在し、それらのホットスポットは深部にある古代の領域からの物質を反映していますが、その数は多くありません」とリスゴー・バーテロニ氏は言う。「残りは異なっており、それは私たちが新しい領域にいることを意味します。」

一つの説明は、冷たいホットスポットと温かいホットスポットは、マントル内の比較的浅い深さで発生する可能性があるというものだ。「我々はまた、これらの（深部の）プルームは最初は熱く、その後冷たい物質に閉じ込められたのではないかと考えている」とリスゴー・バーテロニ氏は言う。「完全に止まるわけではない。まだ上昇はできるが、温度が下がり、よりゆっくりと上昇する」

研究者らが作成した気温推定値の不確実性の原因の 1 つは、地震とその活動を記録する地震計が世界中に均等に分布していないことだ。「そのため、地球内部の観測は完全ではない」と、リスゴー・バーテロニ氏は認めている。

それでも、この発見は、表面上はよく似ている火山島が、起源が大きく異なる可能性があることを示していると彼女は言う。次のステップとして、研究者らは太平洋、大西洋、インド洋の火山地帯がどのように異なるかを調べる予定だ。

「これらの海嶺は、地球の太古の地殻変動の歴史を記録しています」とリスゴー・バーテロニ氏は言う。この歴史は「海嶺の温度、そして海嶺と海盆のホットスポットの温度差によって明らかになる可能性がある」