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巨大低剪断速度地域( LLSVP ) は、巨大低速度地域( LLVP ) またはスーパープルームとも呼ばれ、地球深部の外核を取り囲む最下部マントルの一部に特徴的な構造である。 [2]これらの地域は剪断波速度が遅いことが特徴で、地球深部の地震トモグラフィーによって発見された。主な地域は、アフリカ LLSVPと太平洋 LLSVPの 2 つがあり、どちらも核とマントルの境界から横方向に数千キロメートル、垂直方向には最大 1,000 キロメートル広がっている可能性がある。これらは、プレートテクトニクスの分野で著名な 2 人の地質学者、ツゾー・ウィルソンとW. ジェイソン・モーガンにちなんで、それぞれツゾーとジェイソンと名付けられている。 [3]太平洋 LLSVP は直径 3,000 キロメートル (1,900 マイル) あり、地殻上の4つのホットスポットの下にあり、その下には複数のマントルプルームがあることが示唆されている。[4]これらのゾーンはマントルの体積の約8％、つまり地球全体の6％を占めています。[1]
LLSVP とその上部構造の他の名称には、スーパースウェル、スーパープルーム、熱化学堆積物、隠れた貯留層などがあり、主に提案されている地球力学的または地球化学的効果を説明しています。たとえば、「熱化学堆積物」という名前は、LLSVP を熱的に高温で化学的に異なる物質の下部マントル堆積物として解釈します。LLSVP はまだ比較的謎に包まれており、その性質、起源、地球力学的効果については多くの疑問が残っています。[5]
地震モデリング
コアとマントルの境界の真上には、厚さ 200 キロメートル (120 マイル) の下部マントル層があります。この層は、D″ (「D ダブルプライム」または「D プライムプライム」) または次数 2 構造として知られています。[6] LLSVP は、アフリカと太平洋の下の D″ 層で、せん断速度のマントル全体の地震トモグラフィーモデルで遅い特徴として発見されました。[7] D″ 層のグローバル球面調和関数は、マントルの大部分で安定していますが、2 つの LLSVP に沿って異常が現れます。せん断波速度を使用することで、LLSVP の位置を検証でき、マントル対流の安定したパターンが浮かび上がります。この安定した構成が、表面でのプレート運動の形状の原因です。 [8]
LLSVP は赤道付近にありますが、ほとんどは南半球にあります。グローバルトモグラフィーモデルは本質的に滑らかな特徴をもたらしますが、実体波の局所的な波形モデリングでは、LLSVP には鋭い境界があることが示されています。[9]境界が鋭いため、温度だけで特徴を説明するのは困難です。速度のジャンプを説明するには、LLSVP が組成的に異なる必要があります。より小さなスケールの超低速度ゾーンは、主にこれらの LLSVP の端で発見されています。[10]
固体地球潮汐を利用することで、これらの領域の密度が決定されました。下から3分の2の部分は、マントルの大部分よりも0.5%密度が高くなっています。しかし、潮汐トモグラフィーでは、過剰な質量がどのように分布しているかを判断することはできません。高密度は、原始物質または沈み込んだ海洋スラブによって引き起こされる可能性があります。 [11]アフリカLLSVPは、南大西洋異常の潜在的な原因である可能性があります。[12]
起源
LLSVP の起源と持続性については、その地域が純粋に熱的不整合(つまり、本質的に等化学的であり、周囲のマントルと同じ化学組成) を表すか、化学的不整合も表すか (つまり、本質的に熱化学的であり、周囲のマントルとは異なる化学組成) によって、いくつかの仮説が提唱されている。LLSVP が純粋に熱的不整合を表す場合、高温のマントルの湧昇による大きなマントルプルームとして形成された可能性がある。しかし、地球力学的研究では、より高温で粘性の低い物質の等化学的湧昇は、LLSVP に見られる大きくて幅広いプルームとは異なり、長くて狭いプルームを生成すると予測されている[13]。ただし、地球のマントルの地球力学的モデルと地震画像の解像度は非常に異なることを覚えておくことが重要である。[14]
現在、LLSVP に関する有力な仮説は、沈み込んだ海洋スラブの蓄積である。これは、太平洋 LLSVP を取り囲む既知のスラブの墓場の位置と一致している。これらの墓場は、太平洋 LLSVP を取り囲む高速度帯異常の原因であると考えられており、超大陸ロディニアが分散するずっと以前 (約 7 億 5 千万年前) に存在した沈み込み帯によって形成されたと考えられている。相転移の助けを借りて、温度によってスラブが部分的に溶けて高密度の溶融物が形成され、それが溜まって、スラブの墓場よりも LLSVP に近いコア - マントル境界の底に超低速度帯構造を形成する。その後、残りの物質は化学的に誘起された浮力によって上方に運ばれ、中央海嶺で見られる玄武岩の高レベルに寄与する。結果として生じる動きによって、コア - マントル境界の真上に小さなプルームの小さなクラスターが形成され、それが組み合わさってより大きなプルームを形成し、さらにスーパープルームに寄与する。このシナリオでは、太平洋とアフリカの LLSVP は、もともとコア (4000 K) からはるかに冷たいマントル (2000 K) への熱の放出によって生成され、リサイクルされたリソスフェアはスーパープルーム対流を促進する燃料です。地球のコアが単独でこの高熱を維持することは困難であるため、コアに放射性核種が存在することを裏付けるとともに、スーパープルームの消費に適した場所で肥沃な沈み込みリソスフェアが沈み込むのを止めれば、そのスーパープルームは消滅することを示しています。[4]
LLSVP の起源として提案されているもう 1 つの説は、その形成が巨大衝突仮説に関連しているというものです。この仮説では、地球がテイアと呼ばれる惑星サイズの天体に衝突した後に月が形成されたとされています。 [15]この仮説では、LLSVP はテイアのマントルの破片が地球の核マントル境界まで沈んだものである可能性が示唆されています。 [15]マントル破片の密度が高いのは、地球のマントルの他の部分と比較して鉄 (II) 酸化物が豊富に含まれているためです。この鉄 (II) 酸化物の組成が高いことは、月のサンプルの同位体地球化学や、LLSVP の上にある海洋島玄武岩の同位体地球化学とも一致しています。 [16] [17]
ダイナミクス
地球力学的マントル対流モデルには、組成上特徴的な物質が含まれています。この物質は尾根や山に巻き込まれる傾向があります。[10]過去のプレート運動を現実的な形でモデル化に組み込むと、物質は現在の LLSVP の位置と非常によく似た場所に巻き込まれます。[18]これらの場所は、既知のスラブの墓地の位置とも一致しています。
これらのタイプのモデルと、LLSVPのD″構造が真の極移動の経路と直交するという観察は、これらのマントル構造が長期間にわたって安定していることを示唆しています。この幾何学的関係は、パンゲアの位置と、下にあるスーパースウェルからの大陸の分裂による現在のジオイドパターンの形成と一致しています。 [8]
しかし、コアからの熱は、LLSVPにあるスーパープルームに燃料を供給するのに必要なエネルギーを維持するのに十分ではありません。下向きに湧き出るスラブからは、ペロブスカイトからポストペロブスカイトへの相転移があり、発熱反応を引き起こします。この発熱反応はLLSVPを加熱するのに役立ちますが、それを維持するために必要な総エネルギーを説明するのに十分ではありません。そのため、スラブ墓地からの物質が非常に高密度になり、ウラン、トリウム、カリウムに富んだ溶融濃縮物の大きなプールを形成する可能性があると仮定されています。これらの濃縮された放射性元素は、必要な高温を提供すると考えられています。したがって、スラブ墓地の出現と消失は、LLSVPの誕生と消滅を予測し、すべてのプレートテクトニクスのダイナミクスを変える可能性があります。[4]
参照
参考文献
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外部リンク
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