マントル（地質学）

地球のコアから外層までの切り取り。

天体の中のある種の層がマントルである。 ほとんどの場合、マントルは、明確な、高密度のコアを囲む物質の層として、固体オブジェクトに発生します。 マントルは2つの層に分かれていて、地球と同じように地殻と呼ばれる層が重なっている場合もある。 地球内部では、地殻の直下、外核の上にある岩石層がマントルである。 マントルは地球の体積の約70％を占め、その上に鉄分を多く含むコアがあり、コアは体積の約30％を占めている。 マントルの大部分は固体であるが、その内部は非常に高い圧力がかかっているため、粘性が高い。

過去にマントルの浅い部分で起こった溶融や火山活動により、地表付近には溶融物が結晶化した薄い地殻ができ、そこに私たちが住んでいます。 マントルが溶けたときに発生したガスは、地球の大気の組成や存在量に大きな影響を与えています。 マントルの構造と組成に関する情報は、地球物理学的調査、またはマントル由来のゼノリスの直接的な地球科学的分析から得られます。

構造

地球のマントルの厚さは約 2,900 km (1,800 miles) です。 地震学の結果から、マントルはいくつものセクションに分かれていることがわかりました。

• 上部マントル (33-410 km) (20-254 miles)
• 移行帯 (410-670 km)
• 下部マントル (670-2798 km)
• D” (2798-2998 km)。

マントルの最上部は、1909年にAndrija Mohorovičićによって初めて指摘された、地震波速度の急激な増加によって定義されています。 この境界は、現在では「モホ」と呼ばれている。 マントルと地殻は比較的強固で、厚さ200kmほどの不規則な岩石層を形成している。 岩石圏の下は、上部マントルのレオロジーが顕著に可塑的になっている。 この低速度帯は深さ数百 km まで続いており、Inge Lehmann は深さ約 220 km で地震波が不連続になることを発見した。 遷移帯は非常に複雑な領域で、上部マントルと下部マントルを物理的に分離している。 下部マントルについては、地震学的に比較的均質であることを除けば、ほとんど知られていない。

特徴

マントルは、その機械的特性と化学組成において、地殻と大きく異なっている。 地殻とマントルの区別は、化学的性質、岩石の種類、レオロジー、地震学的特性に基づいて行われます。 地殻は、実はマントルが溶融してできたものである。 マントル物質の部分溶融によって、マントル岩石から相容れない元素が分離し、密度の低い物質が間隙や割れ目、裂け目を通って上方に浮遊し、地表で冷却・凍結すると考えられている。 典型的なマントル岩石は、地殻に比べてマグネシウムと鉄の比率が高く、シリコンやアルミニウムの割合が少ない。

地震波で地球内部をマッピングしているところ。

深さ約400kmより浅いマントル岩石は、ほとんどがカンラン石、輝石、スピネル、ガーネットからなり、典型的な岩石はかんらん石、ダナイト（かんらん石に富むかんらん石）、エクロジャイトと考えられている。 深さ約400kmから650kmの間では、カンラン石は安定ではなく、ほぼ同じ組成の高圧多形に置き換わる。一方の多形はワズレアイト（βスピネル型とも呼ばれる）、他方はリングウッダイト（γスピネル構造の鉱物）である。 約650km以深では、上部マントルのすべての鉱物が不安定になり始める。 最も多く存在する鉱物は、ペロブスカイトという鉱物に続いて、マグネシウムと鉄の酸化物であるフェロペリクレイスのような構造（組成ではない）をしている。 400kmと650km付近の鉱物組成の変化は、地球内部の地震観測記録に特徴的なサインを与え、モホと同様に地震波で容易に検出される。 These changes in mineralogy may influence mantle convection, as they result in density changes and they may absorb or release latent heat as well as depress or elevate the depth of the polymorphic phase transitions for regions of different temperatures. The changes in mineralogy with depth have been investigated by laboratory experiments that duplicate high mantle pressures, such as those using the diamond anvil.

Why is the inner core solid, the outer core liquid, and the mantle solid/plastic? The answer depends both on the relative melting points of the different layers (nickel-iron core, silicate crust and mantle) and on the increase in temperature and pressure as one moves deeper into the Earth. At the surface both nickel-iron alloys and silicates are sufficiently cool to be solid. In the upper mantle, the silicates are generally solid (localized regions with small amounts of melt exist); however, as the upper mantle is both hot and under relatively little pressure, the rock in the upper mantle has a relatively low viscosity. 一方、下部マントルは非常に高い圧力を受けているため、上部マントルに比べて粘性が高い。 金属性のニッケル・鉄の外核は、マントルの珪酸塩よりも融点が低いため、ものすごい圧力がかかっても液体である。

温度

マントルでは、地殻との境界上部で 500 ℃～900 ℃、核との境界で 4000 ℃以上となる。 地表のマントル岩石の融点（代表的なかんらん岩で約1200℃）をはるかに超える高温だが、マントルはほぼ固体である。

動き

地表と外核の温度差と、高温高圧の結晶質岩が数百万年かけてゆっくり、クリープ状に、粘性変形する能力により、マントルでは対流物質循環が起こっているのです。 高温の物質は、おそらく外核との境界から深成岩のダイアピル（やや溶岩石に似ている）として上昇し（マントルプルームを参照）、低温の（そして重い）物質は下方に沈んでいく。 これは、沈み込み帯と呼ばれるプレート境界での大規模なリソスフェアのダウンウェリングの形で起こることが多い。 マントルの物質は上昇中に断熱的に、あるいは周囲の冷たいマントルへの伝導によって冷却される。 マントルの温度は上昇に伴う圧力緩和によって低下し、その熱はより大きな体積に分散される。

地球のマントルの対流は、（流体力学的な意味で）混沌としたプロセスであり、プレートの運動に不可欠な要素であると考えられています。

マントルの対流は、流体力学的な意味でのカオス的なプロセスであり、プレートの動きに不可欠な要素であると考えられています。プレート運動は、純粋に大陸の地殻成分の動きに適用される大陸移動という古い用語と混同してはいけません。 岩石圏の下降はマントルの対流に不可欠な要素であるため、岩石圏とその下のマントルの動きは連動している。

大陸移動は、海洋リソスフェアを沈み込ませる力とマントル内の運動が複雑に関係している。 核とマントルの境界から約200kmの範囲にあるマントルは、それよりやや浅いところにあるマントルとは明らかに異なる地震学的性質を持つように見える。このような核直上の異常なマントル領域を、地球物理学者キース・ブレンが50年以上も前に提唱した呼び名「D″（D double-prime または D prime prime）」と呼ぶ。

上部マントルは比較的粘性が低いため、深さ約 300 km 以下では地震が起きないはずだと考えることができます。

マントルの底の圧力は136GPa（140万気圧）です。

マントルの底の圧力は136GPa（140万気圧）程度ですが、マントルの奥に行くほど圧力が高くなります。 しかし、マントルを構成する固体結晶の中を点状、線状、面状の欠陥が移動することで永久塑性変形を起こし、マントル全体が長い時間スケールで流体のように変形していると考えられる。 上部マントルの粘性は、深さ、温度、組成、応力状態など多くの要因によって、1019〜1024 Pa-sと推定されている。 そのため、上部マントルは非常にゆっくりとしか流れない。 しかし、上部マントルに大きな力が加わると弱くなることがあり、この効果が構造プレート境界の形成に重要であると考えられている。

探査

マントルの探査は、大陸地殻がかなり厚いのに比べて海洋地殻が比較的薄いため、一般に陸上よりも海底で行われます。

モホール計画として知られているマントル探査の最初の試みは、失敗とコスト超過を繰り返した結果、1966年に放棄されました。

2007年3月5日、RRSジェームズ・クック号の科学者チームは、カーボベルデ諸島とカリブ海の中間にある、地殻に覆われていないマントルが横たわる大西洋海底の区域への航海に乗り出しました。

2007年後半には、比較的困難なマントルからのサンプル採取が予定されていました。 ちきゅうはっけん」ミッションの一環として、日本の船「ちきゅう」を使って海底7000m（23000フィート）まで掘削する予定でした。

地球の最上部数百kmを探査する新しい方法が最近分析されました。これは、小型で高密度、発熱する探査機が、地殻とマントルの中を溶かしながら進み、その位置と進捗が岩石で発生する音響信号によって追跡されるものです。 このプローブは直径1mのタングステンの外側の球体からなり、その内側に60Coの放射性熱源が設置されている。 このようなプローブは、6ヶ月以内に海洋のモホに到達し、数十年以内に海洋と大陸のリソスフェアの下に100kmをはるかに超える最小深度に到達すると計算されました。

関連記事

• 地殻（地質）
• 地球
• プレートテクトニクス
• 火山

注

• Burns, Roger George. 1993. 結晶場理論の鉱物学的応用. 英国ケンブリッジ: ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0521430771.
• Coltorti, M., and M. Gregoire. 2008. 海洋のメタソマティスム & 大陸のリソスフェアマントル.The Metasomatism in Oceanic &. を、”Geological Society Pub House. ISBN 1862392420

• Condie, Kent C. 2001. マントルプルームとその地球史的記録． Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521014727

• コンディ、ケントC. 2005. 地球は進化する惑星系として。 アムステルダム。 Elsevier Academic Press. ISBN 978-0120883929
• Ojovan, M.I., and F.G.F. Gibb. “自己降下型、放射線加熱型、プローブおよびアコースティックエミッションモニタリングを用いた地殻およびマントルの探査”. 第7章、Arnold P. Lattefer, 2008. Nuclear Waste Research: Siting, Technology and Treatment. New York, NY: Nova Science Publishers. ISBN 9781604561845.
• Van der Pluijm, Ben A., and Stephen Marshak. 2004. 地球構造: このような場合、「震災の影響」を考慮する必要があります。 W.W. Norton. ISBN 039392467X

• Vogt, Gregory. 2007. 地球のコアとマントル。 重金属、動く岩石。 Minneapolis, MN: Twenty-First Century Books. ISBN 978-0761328377

All links retrieved August 10, 2018.

• Don L. Anderson, Theory of the Earth, Blackwell (1989). (A textbook dealing with the Earth’s interior now available on the web.)
• Project Mohole.

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