プルームテクトニクス

地球の構造、最外部の薄い地殻の下に上部マントルと下部マントルがある。中心の白い部分は核。プルームテクトニクスでは外部・内部マントルにおける変動を扱う。

プルームテクトニクス（plume tectonics）は、1990年代以降の地球物理学の新しい学説。マントル内の大規模な対流運動をプルーム（plume）と呼び、この変動を検討するため、プルームテクトニクスと命名された。

プレートテクトニクス理論が地球の表面に存在するプレート（厚さ約100km）の変動（テクトニクス）を扱うのに対し、この説では深さ2,900kmに達するマントル全体の動きを検討する。日本の深尾良夫（元東京大学地震研究所）や丸山茂徳（東京工業大学）が提唱している。

マントルプルームとは

プルームとは（羽毛のように舞い上がる）「煙」を意味する。マントルは半径約6,500kmの地球の中で、深さ数十km～約2,900kmまでの範囲を占めているが、その中を下降するプルーム（コールドプルーム）と上昇するプルーム（ホットプルーム）が存在する。プルームの上昇・下降とも、通常時は深さ670kmの所で一旦停滞する。この部分は外部マントルと内部マントルの境目にあたり、マントルを構成する鉱物がこの位置の温度と圧力を境に相変化するため、この上下でマントルの密度や固さが大きく変化すると想定されている。

太平洋におけるホットプルーム、コールドプルーム及びホットスポット

コールドプルーム

周辺のマントルより温度が低く、マントル表層から中心部へ向かって下降するプルームをいう。コールドプルームの成り立ちはプレートテクトニクスと深く関係がある。大陸プレートと衝突した海洋底プレートは海溝からマントル中に沈み込み、沈み込んだプレートは徐々に周辺のマントルと一体化していくが、大部分が比較的低温のまま、外部マントルと内部マントルの境目の深さ670kmの部分で一旦滞留した後、更に内部マントルの底を目指して沈んでいく。何かのきっかけで下降流が複数寄り集まった場合には、強く大きな下降流が発生する。これはスーパーコールドプルームと呼ばれ、現在はアジア大陸の下に存在している。スーパーコールドプルームは周辺のプレートを吸い寄せるため、陸地を1か所に集めて超大陸を形成する原動力にもなる。

浴槽に木の葉を浮かべて栓を抜いたときを想像すると理解しやすい。水に浮いた木の葉は水栓の上に吸い寄せられて集まるが、地球では比重の軽い大陸地殻がスーパーコールドプルームに吸い寄せられる。現在ではインド大陸がアジアと衝突し、アフリカ大陸やオーストラリア大陸もアジアに接近しつつある。今は太平洋を隔てているアメリカ大陸もアジアに向かって移動しており、約2億年後にはほとんどの大陸が合体した超大陸が生まれると想定されている。

ホットプルーム

コールドプルームと逆に、深さ2,900kmの核との境目で核の熱を受けて高温になったマントル成分が上昇するものをホットプルームと呼ぶ。現在はアフリカ大陸の下と南太平洋にスーパーホットプルームが存在し、大地溝帯（グレート・リフト・バレー）が形成された原因であり、南太平洋に点在する火山の源であると考えられている。ホットプルームもまた、外部マントルと内部マントルの境目の深さ670kmの部分に一旦滞留するため、通常では地上へ激甚な影響を与えることはない。しかし大規模なホットプルームが直接地表に達すると、非常に激しい火山活動が発生すると考えられている。地球生命史上最も大きな大量絶滅が発生した2.5億年前のペルム紀/三畳紀境界（P-T境界）では史上最大級の溶岩噴出事件によりシベリア台地玄武岩（洪水玄武岩）が形成されたが、これはスーパーホットプルームによるものと考えられている。この時期は超大陸パンゲアが分裂を開始した時期に相当し、プルームの地表への到達と大陸分裂について相関性が指摘される。将来的には、2億年後に出現すると考えられているアメイジア大陸ができたときに大西洋でスーパーホットプルームが起こると考えられている。

プルームテクトニクスの証明

プルームテクトニクスの検討には、地震波トモグラフィーという技術が用いられた。マントル内部の地震波速度は温度に依存し、温度が高いと地震波速度は遅く、温度が低ければ速くなる。そこでマントル全体の地震波伝播速度を測定して温度分布を算出したところ、南極大陸やアジア大陸の下は広範囲に温度の低い部分が存在し、低温部分は深さ2,900kmのマントル底まで達していた。また南太平洋やアフリカ大陸の真下には高温の巨大な上昇流（スーパーホットプルーム）が確認された。

他の分野との関連

プレートテクトニクスでは、大陸プレートや海洋プレートの動きから、地球表面で発生している造山運動・地震・火山などの説明に至ったが、プレートが移動する方向について検討されておらず、超大陸の形成や分裂を説明することは出来なかった。プルームテクトニクスはこれに説明をもたらした。また生物の大量絶滅の原因についても、地球内部の動きに起因する大陸の離合集散や大規模な火山活動と関連付けて、学際的な検討が行われている。

関連項目

• 地震波トモグラフィー
• 海嶺、海溝
• ホットスポット
• プレートテクトニクス

参考図書

• 丸山茂徳　『46億年 地球は何をしてきたか?』　岩波書店〈地球を丸ごと考える〉、1993年、ISBN 4-00-007902-6。
• 丸山茂徳・磯崎行雄　『生命と地球の歴史』　岩波書店〈岩波新書〉1998年、ISBN 4-00-430543-8。
• 熊澤峰夫・丸山茂徳編　『プルームテクトニクスと全地球史解読』　岩波書店、2002年、ISBN 4-00-005945-9。 　（目次・3-2：プルームの問題）
• 川上紳一・東條文治　『最新地球史がよくわかる本』　秀和システム〈図解入門〉、2006年、ISBN 4-7980-1260-2。

外部リンク

• 地球のからくり:プルームテクトニクス（EPACS自然史博物館）
• プルーム・テクトニクスとは（地球資源論研究室）