メソプレート

「メソプレート」という用語は、地質学と地球物理学において 2 つの異なる文脈で使用されています。1 つ目は地球のマントルの大部分に当てはまり、2 つ目は地球の地殻内の明確な層構造に当てはまります。

1977年、熊沢正之と深尾裕之^[1]の研究者は、「二重プレートテクトニクスモデル」という文脈で「メソプレート」という用語を導入した。彼らの理論的根拠は、650kmの不連続面付近とその上に低速度帯があり、局所的な低融点、活発な化学移動と分別、低粘性などの特性があるというものである。彼らはさらに次のように書いている。

「これらの特徴は、二重プレートテクトニクスモデルの概念につながります。深さ200kmから550kmの間の層は、2つの比較的柔らかい層（上部LVZと下部LVZ）に挟まれており、硬いプレート（メソプレート）として動作すると予想されます。」

運動学的な観点から、「メソプレート」の概念は、ホットスポット火山活動のリソスフェア下発生領域に対するリソスフェアプレートの運動を特徴付けるためのヒューリスティックとして適用されました (Pilger、2003)。または、もっと簡単に言えば、1 つまたは複数のプレートの下にある、中間圏内の運動学的に硬い層です。^[2] W. Jason Morgan (1972) は、ハワイやアイスランドなどの活発な火山地域の下にあるホットスポット ( J. Tuzo Wilsonによって推定) が、上にあるプレートの運動に対する固定された「絶対」参照フレームを形成することを最初に示唆しました。しかし、ホットスポットから発生したと推定される島嶼海山列と非地震性海嶺 (「トレース」)に対するグローバルに固定された参照フレームの存在は、1970 年代半ばに利用可能になった原始的なプレート再構築によってすぐに否定されました (Molnar および Atwater、1973)。さらに、古地磁気測定は、ホットスポットが地球の磁極に対して移動したことを示唆しています(さらに、数千年にわたって平均すると、磁極は地球の回転極と一致すると推測されます)。余談ですが、ここでは「ホットスポット」という用語は遺伝学的な意味合いなしに使用されています。「メルティングスポット」という用語の方が適切かもしれません。

モーガンの最初の貢献以来 30 年間にわたってプレートの再構築が進歩するにつれ、中央北大西洋と南大西洋、およびインド洋の下のホットスポットは1 つの明確な基準フレームを形成する可能性がある一方で、太平洋の下のプレートの下のホットスポットは別の基準フレームを形成することが明らかになりました。便宜上、太平洋の下のホットスポットはハワイにちなんで「ハワイアン セット」と呼ばれ、大西洋とインド洋の大部分の下のホットスポットは、セットの主要な推定ホットスポットの 1 つであるトリスタンダクーニャ島(トリスタンホットスポット) にちなんで「トリスタンセット」と呼ばれています。単一のホットスポットセット内では、その起源となるホットスポットに結び付けられたトレースは、プレートの再構築によって適合することができ、これは、トリスタンセットについては過去 1 億 3000 万年 (百万年)、ハワイセットについては過去 8000 万年の間にホットスポット間でわずかな相対運動があったことを示唆しています。しかし、2 つのホットスポット セットは、単一のホットスポット参照フレームの仮説とは矛盾しています。80 Ma から 30 Ma (現在より前、例: Raymond ら、2000) の間に、2 つのセットの間に明確な動きが見られます。

ホットスポット痕跡に沿った火山活動の放射年代測定は、解析的に算出された年代において、下にあるホットスポットの上にあるプレートの位置を正確かつ精密に制限できる場合とできない場合があることを認識することが重要です。ただし、ハワイセットの再構築モデルは、イースター島の下のホットスポットと太平洋プレートおよびナスカプレート上のその痕跡によって、約 50 Ma から 30 Ma の間の年代に制限されます。これは、その期間中、ホットスポットが拡大中心の下にあり、その結果生じる相対的なプレート再構築が、ホットスポットに対するプレートの動きを制限するためです。50 Ma より前と 30 Ma 以降については、事実上すべての既存のハワイセット痕跡に適合する再構築を決定できます。実際の年代には最大の不確実性があります。同様に、トリスタンセットに対するプレート再構築は、3 つ以上のプレートの球状プレートテクトニクスの偶然の結果である相対的なプレート再構築によって、年代が最もよく制限されます。

リソスフェア プレートは、内部変形がないという点で認識されています。したがって、プレートが別のプレート (または地球の回転極) に対して動いたとしても、同じプレート上の 2 つのポイントは互いに対して動きません。プレートは、その機械的特性の点で明確に定義されていません。つまり、ある意味では、「プレート」はヒューリスティックです。つまり、明確な機能的関係のない一連のポイントに直線を当てはめるようなものです。同様に、「メソプレート」という用語が導入されました。ハワイ セットのホットスポットは参照フレームを形成するように見えるため (リソスフェア プレート上のポイントのように、互いに対して非常に大きな速度で動いているようには見えない)、ホットスポットと、それらが埋め込まれている上部マントルの部分は、「ハワイアン メソプレート」と呼ばれます。「トリスタン メソプレート」も同様に定義されています。 3 番目のメソプレート「アイスランド」は、最北の大西洋、北極海、アルプス山脈とヒマラヤ山脈の北のユーラシア大陸の大部分の下にあると推測されています。アイスランドのホットスポットの痕跡は、ハワイやトリスタンのセットのいずれとも一致しません。

メソプレートのさらなる証拠は、北米とアフリカの安定した大陸内部のプレート内応力がトリスタンホットスポットフレームのプレート運動と一致するという観察から得られます。この観察は、現在の応力（最大水平主圧縮応力 - sigma-hx）について初めて行われ、約 100 Ma から 20 Ma の間の古応力指標にも当てはまるようです（Pilger、2003）。この観察は、プレートが動いている岩石圏下のマントルが、ホットスポットが埋め込まれているのと同じ基準フレームを構成していることを示しています。

メソプレートのヒューリスティックは、あくまで仮説的な概念です。いくつかの観察結果から、この仮説は否定される可能性があります。太平洋の下にあるプレートと、大西洋およびインド洋の下にあるプレートの間に、プレート境界が隠れていて、それが 2 つのホットスポット セット間の食い違いの原因になっている可能性も考えられます。しかし、そのような境界の最も可能性の高い領域に関する漸進的な研究は、その境界を見つけることができていません。

ホットスポットの起源は、深部マントルプルーム、中部マントルの溶融異常、またはプレート内断裂のいずれであっても、メソプレート仮説によってある程度制限されています。ホットスポット痕跡の起源に関する主要な代替モデルである伝播断裂は、多くの研究者によって現在も積極的に支持されています (mantleplumes.org を参照)。このようなモデルは、リソスフェア下の基準フレームを明示的に認識していません。しかし、最もよく知られているホットスポット痕跡の特徴をすべて完全に説明することはできません。^[3]

ホットスポットの起源に関するマントルプルーム仮説は、必ずしもメソプレートと矛盾するものではありません。ただし、ホットスポット間の動きの欠如は、地球の上部マントル (浅い中間圏) への「プルーム」の「埋め込み」の一種であることを認識するために、この仮説を修正する必要があります。モーガンのプルームの根拠の 1 つは、「絶対運動」参照フレームの存在でした。数値モデル化により、現在では、プルーム対流のコンテキストでは、そのような参照フレームはありそうにないことが示されています。

研究が継続して行われ、中プレート仮説の継続的な適用性が実証されれば、上部マントルの対流の性質に重要な意味を持つことになります。プレート下の対流運動は、個々の中プレート内ではほぼ完全に垂直であり、マントル内の横方向の動きは中プレートの境界とそれより深いところに限定されます。

フィップス^[4]は、より延性のある下部地殻から分離した脆い地殻に適用される「地殻中プレートテクトニクス」という用語を作り出した。脆い成分と延性成分の両方を含む地殻変形と岩石プレートテクトニクスの類似性から、地殻中プレートの概念が生まれた。

「メソプレート」は、固体地球に適用される「中間圏」と「構造プレート」という2つの用語を組み合わせた短縮形です。

「中間圏」（大気の層であるメソスフェアと混同しないでください）は、ハーバード大学の地質学教授であるレジナルド・アルドワース・デイリーが作った「中間圏シェル」に由来しています。プレートテクトニクス以前の時代に、デイリー（1940）は、地球外層はリソスフェア（地殻を含む）、アセノスフェア、中間圏シェルの3つの球状層で構成されていると推測しました。デイリーの仮定上のリソスフェアとアセノスフェアの境界の深さは80～100 km、中間圏シェルの上部（アセノスフェアの底部）は200～480 kmでした。したがって、デイリーのアセノスフェアの厚さは120～400 kmと推測されました。デイリーによると、固体地球の中間圏の底部はマントルの底部（したがって、コアの上部）まで広がる可能性があります。

アイザックス、オリバー、サイクス（1968）は、リソスフェアとアセノスフェアを「新地球テクトニクス」、または後にプレートテクトニクスとして知られるようになった概念に適用しました。彼らの概念では、アセノスフェアの基底は、下降するリソスフェアプレートが上部マントルを貫通する傾斜地震帯の最も深い地震（650〜700 km）と同じ深さまで広がっていました。

プレートテクトニクスの（球状の）岩石圏プレートは、運動学的に剛体な挙動を示すため、このように定義されます。つまり、同じプレート上の任意の 3 点は互いに相対的に動きませんが、プレート自体（およびプレートに含まれるすべての点）は、他のプレートまたは他の内部基準フレーム（たとえば、地球の自転軸または地磁気極）に対して相対的に動きます。言い換えると、理想的な岩石圏プレートは、移動しても内部的に変形しません。

「中間プレート」は、岩石圏プレートのように動作します。経験的証拠（上記で説明）は、浅い中間圏に埋め込まれた溶融異常（ホットスポット）のグループは互いに対して移動しませんが、他のホットスポットグループや上にある岩石圏プレートに対して集合的に移動することを示しています。

• レオロジー

• デイリー、レジナルド・アルドワース（1940年）。『地球の強度と構造』プレンティス・ホール。OCLC 519120  。
• アイザックス、ブライアン、オリバー、ジャック、サイクス、リン R. (1968 年 9 月 15 日)。「地震学と新しい地球テクトニクス」。Journal of Geophysical Research。73 ( 18 ): 5855–5899。Bibcode : 1968JGR ....73.5855I。doi :10.1029/JB073i018p05855。
• Molnar, Peter ; Atwater, Tanya (1973 年 11 月) 。「マントル内のホットスポットの相対運動」。Nature . 246 ( 5431): 288–291。Bibcode :1973Natur.246..288M。doi :10.1038/246288a0。
• モーガン、W. ジェイソン (1972)。「プレート運動と深部マントル対流」。地球および宇宙科学研究。アメリカ地質学会紀要。第 132 巻。pp. 7–22。doi : 10.1130/MEM132- p7。ISBN 0-8137-1132-0。
• 熊沢 正之; 深尾 勇治 (1977). 「二重プレートテクトニクスモデル」.高圧研究. p. 127. doi :10.1016/B978-0-12-468750-9.50014-0. ISBN 978-0-12-468750-9。
• ピルガー、レックス H. (2003).ジオキネマティクス. doi :10.1007/978-3-662-07439-8. ISBN 978-3-642-05608-6。
• Pilger, RH (2007 年 3 月)。「The Bend: 起源と重要性」。アメリカ地質学会紀要。119 (3 ​​–4 ) : 302–313。Bibcode :2007GSAB..119..302P。doi :10.1130/B25713.1。
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• Pilger, Rex H. (2003). 「メソプレートとホットスポットの起源: トップダウンモデル」.ジオキネマティクス. pp. 213–223. doi :10.1007/978-3-662-07439-8_12. ISBN 978-3-642-05608-6。