天底圏

天底圏とは、地表から平均で約100kmの深さにある地球の層である。 1914年、イギリスの地質学者ジョセフ・バレルが、地球の全体的な構造を「岩石圏」（岩石のような物質の外側の層）、「地殻圏」、「中心圏」（地球の中心部分）の3つに分けて、最初に命名しました。 天底圏の名前は、ギリシャ語で「弱い」を意味する「アステニス」に由来している。 天底は、従来マントルと呼ばれていた地球の内部構造の上部に位置する。 科学者は地球の地底圏を見たことがないが、その存在は地球や地殻の挙動に大きな影響を与えている。

地底圏の存在を示す証拠

地質学者が地球内部の情報を収集する方法は限られています。 例えば、火山や溶岩流から放出された岩石を調べることで、内部領域の特性を知ることができるかもしれません。 しかし、一般的に最も信頼できる情報源は、地震波が地球内部を伝わる様子です。

いずれにしても、地震学の研究によると、S波と呼ばれる種類の波は、地表から平均深度約62マイル（100km）に達すると大きく減速します。 そして、深さ約155マイル（250km）になると、再び速度が増してくるのです。

地底圏の性質

地底圏の物質は、その上にあるリソスフィアよりもはるかに剛性が低く、プラスチックのようなものだと言えます。 この性質は、温度と圧力の相互作用によって、地底圏の物質に生じます。 岩石は、高温になれば当然溶ける。 しかし、岩石（あるいは物質）の融点は、その岩石（あるいは物質）にかかる圧力の関数でもある。

岩石（あるいは物質）の融点は、岩石（あるいは物質）にかかる圧力にも左右され、一般的には圧力が高くなるほど融点は高くなります。

アステンスフィアを構成する物質は、融点よりも少し低い温度で、ガラスに例えられるプラスチックのような性質を持っています。

アステンスフィアを構成する物質は、融点よりもやや低い温度にあるため、ガラスに例えられるプラスチックのような性質を持っています。 また、圧力を急激に下げると、融点が下がり、すぐに溶けてしまうこともある。 天底圏の融点と圧力のバランスが崩れやすいことを反映して、地質学者の中には、天底圏の物質のうち実際に溶けているのは10％程度ではないかと見積もる人もいる。

地底圏の圧力の低下に加えて、融解をもたらすもう一つの要因は温度の上昇です。 天底圏は、その下の中間圏を構成する高温の物質と接触して加熱されます。 当然のことながら、中間圏の温度は一定ではありません。 中間圏の温度は一定ではなく、ある場所とない場所では温度が異なります。 中間圏の温度が平均よりも高い地域では、余分な熱によって、中間圏の物質が加熱される範囲が実際に拡大し、より広範な融解が発生する可能性がある。

プレートテクトニック理論における岩盤層

岩盤層は、地球表面のプレートの移動に重要な役割を果たしていると考えられています。 プレートテクトニック理論では、リソスフェアは比較的少数の非常に大きな岩石のスラブで構成されています。 これらのプレートの厚さは約60マイル（100km）、幅はほとんどの場合何千マイルもあります。 プレートは非常に硬いと考えられているが、岩石圏の上を移動することができる。

プレートテクトニック理論が意味を持つためには、プレートの流れを可能にする何らかのメカニズムが必要です。 そのメカニズムとは、アステンスフィア自体の半流動的な性質です。 ある人は、岩石圏のプレートの移動を可能にする「潤滑油」と表現する。

現在、地質学者は、プレートが互いに発散したり収束したりするときに起こる伏流圏の変化を説明するための理論を構築しています。 例えば、リソスフィアに弱い部分ができたとしましょう。 その場合、下にある地底圏にかかる圧力が低下して融解が始まり、地底圏の物質が上に向かって流れ始めます。 リソスフェアが破壊されていなければ、地表に近づいたアステンスフェアの物質は冷えて、やがてリソスフェアの一部となる。 一方、リソスフェアの崩壊が実際に起こったとします。 その場合、天体圏物質は冷える前にその割れ目から脱出して外に流れ出すかもしれない。 その地域の温度と圧力に応じて、物質（マグマ）の流出は、火山のように激しく発生する場合もあれば、地溝流のように緩やかに発生する場合もある。 いずれの場合も、地殻プレートの発散、すなわち、広がりをもたらします。 また、2つのプレートが互いに分離しているダイバージェンスゾーンでは、アステンスフェアの圧力が低下することがあります。 この場合も、圧力が下がることで、地底圏の物質が融解し始め、上方に流れ出す可能性がある。

2つのプレートがお互いに近づいている収束帯では、アステノソフィアの物質も圧力にさらされ、下に向かって流れ始めるかもしれません。 この場合、衝突したプレートの軽い方が上にスライドし、重い方を覆って地底圏に潜り込むことになります。 重い岩石圏の物質は、岩石圏の物質よりも剛性が高いため、岩石圏の物質は外側に押し出され、上に向かって移動する。 このようなプレートの動きの中で、下降しているプレートの物質が地底圏で加熱されて融解し、溶けた物質が地表に向かって上昇していく。 このようにして、ウラル山脈、アパラチア山脈、ヒマラヤ山脈などの大山脈が形成されてきた。 海洋プレートがぶつかると、日本やアリューシャン列島などの島弧が形成される。 また、プレートが収束する場所には大きな海溝ができる。

したがって、科学者は、ヒマラヤ山脈のような圧縮された山脈の起源や、ペルーとチリの海溝のような大きな海溝の起源を考える場合でも、地球のプレートを継続的に地質学的に活動させている岩盤圏の活動を考慮しています。

Continental drift; Continental margin; Continental shelf; Planetary geology; Plate tectonics.

Resources

books

Press, Frank, and Raymond Sevier. 地球を知る。 サンフランシスコ。

Tarbuck, Edward. J., Frederick K. Lutgens, and Dennis Tassa, eds. 地球。 An Introduction to Physical Geology, 7th ed.

Fuchs, Karl, and Claude Froidevaux.

Fuchs, Karl, and Claude Froidevaux, Composition, Structure, and Dynamics of the Lithosphere and Asthenosphere System. Washington, DC: American Geophysical Union, 1987.

David E. Newton

KEY TERMS

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リソスフェア（岩石圏）

地球の外側の層で、深さ約100kmまで広がっている。

マグマ

地球の表面下から噴出した溶融物で、一般的にはシリコンと酸素を多く含む岩石状の物質である。

地震波

地球上または地球内の圧縮や歪みによって生じ、地球の物質を伝わっていく障害。