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太古代の沈み込みは、太古代（ 40億年から25億年前の地質時代）における沈み込みの存在の可能性と性質に関わる論争の的となっているトピックです。最近まで、どちらか一方を明確に支持する証拠はほとんどなく、過去には多くの科学者が浅い沈み込みがあるか、まったく存在しないかのどちらかを信じていました。しかし、過去20年間で、断続的で浅くない沈み込みを示唆する新しい証拠が増えており、地質学の理解に変化の始まりが見られるようになりました。[1]
太古代の沈み込みの重要性
沈み込みは、密度によって引き起こされるプロセスであり、1つの構造プレートが別のプレートの下に移動して、収束境界でマントルに沈み込みます。高密度のスラブからの重力引力は、プレートテクトニクスの駆動力の約90％を提供し、[2]そのため、沈み込みは地球のレイアウトの変更、熱進化のガイド[3]、および構成構造の構築に不可欠です。[1]特に、沈み込み帯は、現在の大陸地殻形成の主な場所です。 [4]これは、謎に満ちた過去を持つ現代地球のもう1つのプロセスです。 さらに、沈み込みは、表面の物質が地球深部に入り込む主なメカニズムであり[5] 、鉱石の形成にも大きく関与しています。[6]多くの地質学的プロセスにおける沈み込みの重要性を考慮すると、過去と現在の沈み込みの性質を研究することが、動的システムとしての地球に対する理解を深めるために不可欠であることは明らかです。
始生代沈み込みに反対する主張
太古代に沈み込みがなかったとする説を支持する人々は、太古代の地球は現在よりもかなり高温で、それがリソスフェアの密度に影響を与え、おそらく沈み込みを妨げたという確立したモデルを指摘する。太古代の地球がより高温であったのは、太陽系物質の集積とそれに続く核とマントルへの分化によって膨大な量のエネルギーが放出されたためであると考えられる。[1]このエネルギーは、熱発生元素のより高い濃度と相まって、[7]太古代の地球は現在よりも 200 K 高温であった。[3]太古代に海底拡大によって海洋リソスフェアが生成されたと仮定すると、気温の上昇により、海洋拡大中心で上昇するマントル物質がより多く溶融した。 [8]これにより、海洋地殻が厚くなり、その下の枯渇したリソスフェア・マントルの領域が厚くなった。[8]そのため、地殻とマントルの分化と、その結果として残留マントルのFeとAlの相対的な減少により、リソスフェアの密度は減少しました。[9]これらの予想される特性から、海洋リソスフェアは非常に軽いため、非常に浅く沈み込んだか、まったく沈み込まなかったという説が提唱されています。[10]この仮説を支持する科学者は、珪長質物質は海洋台地の根域にある厚くなった海洋地殻の水和部分溶融から形成され、[11]一般に信じられているように沈み込み帯から形成されたのではないと主張しています。
始生代沈み込みのケース
太古代の沈み込みを支持する人々は、最近のモデリングによって太古代の以下の基本的な特徴が解明され、それが沈み込みが起こった理由を説明するのに使えると主張している。
1) マントルの温度は確かに現在よりも200K高かった。[9]
2) 海洋地殻の厚さは現在7kmであるのに対し、当時の海洋地殻の厚さは約21kmであった。[9]
3) マントルが部分的に溶けた深さは114kmで、現在は54kmである。[9]
4) プレートの底部への熱流入量は現在の1.3～2倍であった。[9]
これらの制約に基づく数学的推論により、沈み込みの原動力となるには冷却で十分であるという結論が導かれた。[9]実際、太古代のプレートの曲げ剛性が低かったため、沈み込みの開始が今日よりも容易だったと考えられる。[9]一方で、海洋プレートの密度が低いためスラブの引っ張り力は低下したが、この効果は低密度地殻の剥離や厚い地殻のエクロジャイト遷移部通過によって相殺された可能性が高い。[9]モデル化に加えて、太古代の沈み込みの存在をさらに裏付ける地質学的証拠が発見されている。多くの太古代の火成岩は、大イオン親岩元素(LILE) が高磁場強度元素 (HFSE) よりも豊富であることを示しており、これは火山弧岩で一般的に観察される典型的な沈み込みの特徴である。[1]さらに、構造的逆断層帯と対になった変成帯の存在も、沈み込みのダイナミクスとその後の環境変化の特徴である。[1]
始生代沈み込みの存在は、大陸地殻がある程度沈み込みによって形成された可能性を示唆しているが、沈み込みが大陸地殻を形成する唯一の方法であったことを必要としない。したがって、大陸地殻の起源に関する継続的な議論は、沈み込みの議論だけでは完全に解決できない。
結論と今後の方向性
太古代の沈み込みは長い間議論の的となってきましたが、革新的なモデリングと地質学的証拠の出現により、一部の科学界は浅くない断続的な沈み込みの存在を支持する方向に傾き始めています。今後は、初期の地球物質のレオロジーについて十分に理解されておらず、そのため沈み込みのダイナミクスが十分に制約されていないため、将来の研究では重点的に検討する必要があります。[1]さらに、太古代のデータが不足しているため、太古代の沈み込みについてさらに理解を深めるには、地球内部と表面のプロセスとのつながりをさらに深く理解する必要があります。[1]
参考文献
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- ^ Forsyth, D; Uyeda, S (1975). 「プレート運動の駆動力の相対的重要性について」.王立天文学会地球物理学ジャーナル. 43 (1): 163–200. Bibcode :1975GeoJ...43..163F. doi : 10.1111/j.1365-246X.1975.tb00631.x .
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