なぜ大陸は動くのか？――プレートテクトニクスが地球を作り続ける

世界地図を見ると、南米東岸とアフリカ西岸がパズルのように似ている。

これは偶然なのか。

20世紀初頭、アルフレート・ウェゲナーは、大陸はかつて一つにつながり、その後移動したのではないかと提唱した。

現在では、大陸どころか海底を含む地球表面全体が巨大な岩板に分かれ、年間数cmほどの速度で移動していることが分かっている。

これがプレートテクトニクスである。

大陸は岩盤の上に乗っている

地球表層には、地殻と上部マントル最上部からなる比較的硬い層がある。

これをリソスフェアという。

リソスフェアはいくつものプレートに分かれている。

その下には、より高温で長時間尺度では変形しやすいアセノスフェアがある。

プレートはその上を非常にゆっくり移動する。

ウェゲナーの大陸移動説

ウェゲナーが挙げた証拠には、

• 大陸海岸線の形状
• 離れた大陸に同じ化石がある
• 地層や山脈が大西洋をまたいで連続する
• 現在の気候では説明しにくい氷河痕跡

などがあった。

しかし当時最大の問題は、巨大な大陸を動かす仕組みを説明できなかったことだった。

そのため大陸移動説は長く主流にならなかった。

海底が作られていることが判明した

第二次世界大戦後、海底地形や地磁気の測定が進むと重要な事実が見つかった。

海洋中央部には巨大な中央海嶺があり、そこで新しい海洋地殻が形成されている。

さらに海嶺を中心として、海底岩石に記録された磁化の縞模様が左右対称に並んでいる。

地球磁場は地質時代に何度も反転してきた。

マグマが冷えて岩石になると、その時点の地磁気方向が記録される。

海嶺で次々と新しい地殻が形成され、左右へ押し広げられたと考えると、この縞模様を自然に説明できた。

これが海洋底拡大の強い証拠になった。

海底は増え続けないのか

新しい海底が作られる一方、古い海洋プレートは別の場所で地球内部へ戻る。

その代表が沈み込み帯である。

海洋プレートは冷えるほど密度が高くなり、別のプレートの下へ沈み込むことがある。

日本列島周辺にはこの沈み込み帯が集中している。

海溝、巨大地震、火山帯が同じ地域に並ぶのは偶然ではない。

プレート境界は大きく三種類

1. 発散境界

プレート同士が離れる場所。中央海嶺などで新しい地殻が作られる。

2. 収束境界

プレート同士が近づく場所。海洋プレートが沈み込んだり、大陸同士が衝突したりする。

3. トランスフォーム境界

プレート同士が横方向にすれ違う場所。サンアンドレアス断層系などが代表例である。

山はどうやってできるのか

ヒマラヤ山脈は、インドプレートとユーラシアプレートの衝突によって形成された。

大陸地殻は比較的密度が低いため、海洋プレートのように簡単には深く沈み込まない。

そのため大陸同士が衝突すると地殻が圧縮され、厚くなり、持ち上がる。

現在もプレート運動は続いている。

山脈は地球史の古い傷跡ではなく、現在進行形の地殻変動の結果である。

火山はなぜ沈み込み帯に多いのか

「沈み込んだプレートが摩擦熱で溶け、そのままマグマになる」と説明されることがあるが、単純化しすぎている。

沈み込む海洋プレートは水を含む鉱物などを地下へ運ぶ。

深部で放出された水などの揮発成分が上部マントルへ加わると、岩石の融点が下がり、一部が溶けてマグマが生じやすくなる。

そのマグマが上昇し、火山活動につながる。

プレートを動かす力は何か

「マントル対流に乗ってプレートが流される」という説明は基本イメージとしては有用だが、実際はもう少し複雑である。

重要と考えられる力の一つがスラブプルである。

冷えて密度が高くなった海洋プレートが沈み込む際、自重で残りのプレートを引っ張る。

中央海嶺から重力的に滑り落ちるような成分なども関与する。

プレート運動は地球内部の熱輸送と重力を含む一つの力学系として理解されている。

日本はなぜ地震と火山が多いのか

日本周辺には複数のプレート境界が集中する。

太平洋プレートやフィリピン海プレートなどが沈み込み、周辺のプレートと複雑に相互作用している。

そのため海溝型巨大地震、内陸活断層地震、火山活動、地殻変動が起こりやすい。

日本が「災害の多い国」なのは偶然の地理ではなく、プレートテクトニクス上の位置による。

プレート運動は生命にも関係した

プレート運動は災害だけを生むわけではない。

長期的には、大陸配置、海洋循環、火山からのガス放出、炭素循環、山岳形成と風化、生物の隔離と進化にも大きく影響する。

地球の気候と生命史は、プレート運動と切り離せない。

まとめ

大陸は固定されていない。

地球表面は複数のプレートに分かれ、数千万年、数億年かけて配置を変え続ける。

海底は作られ、古い海洋プレートは地球内部へ沈み、大陸は衝突し、山ができる。

地震も火山も山脈も別々の現象ではない。

その多くは、地球内部の熱を背景とした巨大なプレート運動の異なる表現なのである。

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参考資料

• U.S. Geological Survey (USGS), plate tectonics resources
• USGS, “Earthquakes and Plate Tectonics”