プレートテクトニクスとマントルダイナミクス

地球の硬い外殻は、対流するマントルの上を移動するプレートに分かれており、海嶺、海溝、トランスフォーム断層で相互作用し、地球の地震、火山活動、造山運動のほとんどを引き起こしています。

Definition

プレートテクトニクスとは、地球のリソスフェアがアセノスフェアの上で互いに相対的に移動する剛体プレートに分割されており、マントル対流に起因する力によって駆動され、変形がその境界に集中するという理論です。

Scope

このトピックでは、プレートテクトニクス理論とマントルダイナミクスとの関連性について扱います。具体的には、球面上での剛体プレート運動の運動学、3つの境界タイプ（発散型、収束型、トランスフォーム型）、海底拡大と沈み込み、相対プレート運動のオイラー極記述などです。また、プレートを駆動する力、特にスラブプルとリッジプッシュ、海洋の開閉を繰り返すウィルソンサイクル、地表のプレート運動と下層のマントル流動との関連性についても論じます。重点はプレート運動の運動学と動力学に置かれています。

Core questions

• 球面上での剛体プレートの運動は運動学的にどのように記述されますか？
• 発散型、収束型、トランスフォーム型のプレート境界ではどのようなプロセスが起こりますか？
• プレート運動を駆動する力は何ですか、またスラブプルとリッジプッシュの重要性はどの程度ですか？
• 地表のプレート運動はマントル内の対流とどのように関連していますか？

Key concepts

• リソスフェアプレートとアセノスフェア
• 発散型、収束型、トランスフォーム型境界
• 海底拡大と沈み込み
• オイラー極と相対プレート運動
• スラブプル、リッジプッシュ、ウィルソンサイクル

Key theories

球面上での剛体プレート運動学

マッケンジーとパーカー、そして独立してモーガンは、プレート運動が球面上でのオイラー極を中心とする剛体回転として記述できることを示し、海底拡大、トランスフォーム断層、大陸移動をプレートテクトニクスに統合する精密な運動学的枠組みを提供しました。

スラブプルとプレート駆動の力

ほとんどのプレートに働く主要な力は、冷たく密度の高い沈み込むスラブの重力による引き込みであり、隆起した拡大中心からのリッジプッシュによって補完され、プレート運動をマントル対流の下降流と統合します。

Mechanisms

新しいリソスフェアは中央海嶺で形成され、拡大し、冷却・厚化しながら年代を重ね、十分に密度が高くなると沈み込み帯で沈降します。沈み込むスラブの負の浮力が後続のプレートを引き込み、隆起した海嶺が後方から押し出すこれらの力が、粘性マントル流と結合してプレート速度を決定し、剛体プレート内部間の境界に変形と地震活動が集中します。

Clinical relevance

プレートテクトニクスは、地震、火山、山脈の世界的な分布を説明し、長期的な地震および火山ハザードの枠組みを提供し、多くの鉱物、炭化水素、地熱資源の場所を説明します。

History

ウェゲナーの大陸移動説とヘスの海底拡大説を基盤として、1960年代半ばにウィルソンによるトランスフォーム断層の認識と、マッケンジー、パーカー、モーガン、ル・ピションによる剛体プレートの定式化により、固体地球の統一理論であるプレートテクトニクスが数年以内に確立されました。

Key figures

• Dan McKenzie
• Jason Morgan
• John Tuzo Wilson
• Xavier Le Pichon

Seminal works

• mckenzie1967
• morgan1968
• turcotte2014

Frequently asked questions

プレート境界の3つの主要なタイプは何ですか？

発散型境界は、プレートが離れて新しい地殻が形成される場所で、中央海嶺などがこれにあたります。収束型境界は、プレートが衝突し、一方が他方の下に沈み込む可能性がある場所です。トランスフォーム型境界は、サンアンドレアス断層のように、プレートが水平方向に互いにすれ違う場所です。

なぜほとんどの地震はプレート境界で発生するのですか？

プレート内部は比較的剛体であり、ほぼ一体として移動するため、相対運動は主にその縁で調整され、そこで応力が蓄積され、地震として解放されます。これにより、地震活動はプレート境界をなぞる狭い帯に集中します。