マントル対流とプレート駆動メカニズム

プレート運動は、マントルのゆっくりとした対流的転換によって維持されており、密度の高い沈み込みスラブの沈降と、海嶺からのプレートの重力による滑りが主要な駆動メカニズムとなっている。

Definition

プレート駆動メカニズムとは、マントル内の熱対流から生じ、リソスフェアプレートの速度と方向を支配する一連の重力および粘性力（主にスラブプル、リッジプッシュ、マントル抵抗）のことである。

Scope

このトピックでは、プレートテクトニクスを支えるダイナミクス、すなわちマントルにおける熱対流、スラブプル、リッジプッシュ、基底抵抗の間のバランス、およびマントルプルームの役割について扱う。これは、プレート運動の物理的駆動要因を扱い、境界の運動学的記述を補完し、地球物理学のより深い関心事と隣接するものである。

Core questions

• マントルの対流は全マントル対流なのか、それとも層状対流なのか？
• プレート運動を支配する力はどれであり、それらはスラブの長さとプレートの面積にどのように比例するのか？
• マントルプルームはプレートスケールの対流とどのように関連しているのか？

Key theories

主要な駆動メカニズムとしてのスラブプル

フォーサイスとウエダは、力平衡分析によって、長い沈み込みスラブに付着したプレートが最も速く動くことを示し、スラブプルがプレート運動の主要な駆動要因であり、リッジプッシュと基底抵抗は二次的であることを示唆した。

マントルプルーム仮説

モーガンは、深部マントルからの高温物質の狭い上昇流が、プレート運動に対して固定されており、ホットスポット火山列を生成し、プレートスケールの流れとは異なる対流成分を表すと提唱した。

Mechanisms

核からの熱と放射性崩壊からの熱が、固体マントルのゆっくりとしたクリープを駆動する。冷たく密度の高い海洋リソスフェアは沈み込み帯で沈降し、後続のプレートを引っ張る（スラブプル）。隆起した海嶺はプレートに重力的な押し付け（リッジプッシュ）を加え、プレート基底部と下層マントル流との間の粘性結合は、運動を促進することも抵抗することもある。局所的なプルームは、別個の、主に垂直な対流フラックスを加える。

Clinical relevance

駆動メカニズムを理解することは、なぜ一部のプレートが他のプレートよりも速く動くのかを説明し、マントル流の変化によって引き起こされる長期的な海面水位と気候変動のモデルを制約し、プレート内火山活動と隆起の解釈に情報を提供する。

History

アーサー・ホームズは1930年代にマントル対流を駆動メカニズムとして提唱した。プレートテクトニクスが確立された後、1970年代の定量的分析、特にフォーサイスとウエダの力平衡研究やモーガンのプルーム仮説は、候補となる駆動メカニズムの相対的寄与を明確にした。

Debates

全マントル対流と層状対流

マントルが単一の層として対流するのか、それとも2つの別々に循環する層として対流するのかは長らく議論されてきた。スラブが下部マントルに貫入していることを示す地震トモグラフィーは全マントル対流を支持するが、地球化学的貯留層はいくつかの永続的な層状構造を示唆している。

Key figures

• Donald Forsyth
• Seiya Uyeda
• W. Jason Morgan
• Arthur Holmes

Seminal works

• forsythuyeda1975
• morgan1971

Frequently asked questions

プレートを動かす主な力は何ですか？

ほとんどの証拠は、沈み込み帯で沈降する冷たく密度の高いリソスフェアの重さであるスラブプルが主要な駆動メカニズムであり、リッジプッシュとマントル抵抗はより小さな役割を果たすことを示している。