地球のプレートテクトニクスは最近大きな変化を経験しました

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昨日（7月27日）ネイチャー誌に掲載された研究結果によると、驚くべき事実として科学者らは、遠い過去には地球のプレートテクトニクスが大きく異なって機能していた可能性があることを示唆している。

この新たな発見は、マントル対流は45億年前の地球形成直後に始まり、マントル全体で起こっているという従来の考えに疑問を呈するものである。

その代わりに、この研究は、プレートテクトニクスは地球の初期の歴史では上部マントルに限定されていたと主張している。

さらに、この層別が真実であると仮定すると、その場合、マントル下部には乱れていない原始物質が存在し、地球の元の組成と生命の発達に必要な必須揮発性物質の潜在的な供給源についての洞察が得られる可能性があります。

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に関するものです。 これらは、（い​​くつか例を挙げると）すべての地震、火山、造山活動の背後にある原因です。

これらのプレートは地球の地殻の一部であり、そのゆっくりとした動きは、地殻の下の層であるマントル内の対流によって引き起こされます。 復習として、地球の内部構造の画像を次に示します。

シュリーマダブ/ウィキメディア・コモンズ

従来の理解によれば、マントル対流は 45 億年前の地球形成以来続いており、単層として機能しています。

しかし、新しい研究では、この「単層シナリオ」は地球の地質史の比較的最近の特徴であると主張しています。

「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」と筆頭著者であるコペンハーゲン大学の Zhengbin Deng 氏は説明しています。声明。

著者らは、層形成は地表下約660キロメートル（km）で起こり、そこで特定の鉱物が相転移を起こしたと考えている。

「我々の研究結果は、過去において、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る」と共著者のマーティン・シラー准教授は付け加えた。

「これは、沈み込むプレートが下部マントルに沈むという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。」

研究者らは、岩石中のチタンの同位体組成を分析する新しい方法を開発し、オーストラリアの現代の溶岩に至るまで38億年前のマントル岩石を研究できるようにした。

チタン同位体は、地殻の形成時に変化するため、特に有用です。 これらは、科学者が時間の経過とともに表面物質が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。

この研究の発見は、地球の初期形成以来保存されているマントル物質の貯蔵庫である「原始マントル」の存在にも興味深い意味を持っている。

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ります。

「私たちの新しいチタン同位体データにより、どの現代の深層火山が地球の原始マントルのサンプルであるかを確実に特定することができます」と共著者のマーティン・ビザロ教授は強調しました。

「これは、私たちの惑星の元の組成への時間窓を提供し、生命の発達に不可欠な地球の揮発性物質の発生源を特定できる可能性があるため、興味深いものです。」

これらの発見の意味を完全に理解するにはさらなる研究が必要ですが、この研究は地球の地質学的過去と独特の特徴を理解する上で重要な前進を示しています。

研究全体は 7 月 27 日に Nature 誌に掲載され、ここからご覧いただけます。

研究概要:

地球のマントルは 2 層構造をしており、上部マントル領域と下部マントル領域は約 660 km の地震断絶によって分離されています (参考文献 1、2)。 しかし、地球の歴史を通じてこれらのマントル領域間の物質移動の範囲はほとんど理解されていません。 大陸地殻の抽出により、Ti 安定同位体分別が行われ、同位体で軽融解する残留物が生成されます 3、4、5、6、7。 これらの成分のマントルリサイクルは、深い時間で追跡可能な Ti 同位体変動を与えることができます。 私たちは、コンドライト、38 億年から 20 億年前の古代地球マントル由来の溶岩 (Ga)、および現代の海洋島玄武岩 (OIB) の超高精度 49Ti/47Ti 比を報告します。 コンドライトに基づく我々の新しいチタンバルクケイ酸塩地球 (BSE) の推定値は、通常の中央海嶺玄武岩 (N-MORB) によって採取された現代の上部マントルより 0.052 ± 0.006 パーセント重いです。 地球の上部マントルの 49Ti/47Ti 比は、3.5 Ga より前はコンドライトでしたが、約 3.5 ～ 2.7 Ga の間で N-MORB のような組成に進化し、この時代により多くの大陸地殻が抽出されたことが確立されました。 BSE と N-MORB の間の +0.052 ± 0.006 パーセントのオフセットは、地球のマントルの 30% 未満がリサイクルされた地殻物質で平衡することを必要とし、上部マントルと下部マントルの間の物質交換が限られていること、したがって、原始的な下部マントル貯留層が保存されていることを意味します。地球の地質史の大部分。 現代の OIB は、コンドライト組成から N-MORB 組成に至るまでさまざまな 49Ti/47Ti 比を記録しており、地球の原始マントルの破壊が続いていることを示しています。 したがって、上部マントルと下部マントルの間の高い物質移動を伴う現代型のプレートテクトニクスは、地球の歴史の最近の特徴を表しているにすぎません。