マントルはなぜ対流しているのか

コンビニで炭酸水のペットボトルと干しぶどうを買ってきます。このペットボトルの中に干しぶどうを数粒入れて、何が起きるのか観察します。なんと炭酸水の中に落ちた干しぶどうは浮いてきたり、沈んだり、ダンスを始めるではないか！

これは「踊る干しぶどう」として知られる有名な実験です。よくみていると興味深い運動をしていることがわかります。底のほうで静かにしていると思いきや、突然浮き上がる、水面に達するとクルッと水泳選手のようなターンして沈み込む、全然浮かび上がってこないのがいる、ときどきムクッと途中まで上がるのだけれど、力足らず沈む。ガンバレ！だんだん干しぶどうが愛おしくなり、応援したくなります。さて、水よりも重いはずの干しぶどうがなぜ浮き上がるのでしょうか？

底で静かにしている間に、干しぶどうのシワシワの表面に炭酸ガスのバブル（泡）がくっついていくことが観察できます。ガスバブルは軽いのでたくさんつくとその浮力で浮かび上がる一方、水面では空気中にガスバブルが放出されるために再び重くなり沈んでいくのです。この一連の動きで、炭酸ガスはペットボトルの底から空気中に輸送れたことになるわけです。これと同じことが地のマントルでも生じているのです。

マントルの場合、炭酸ガスではなく「熱」、干しぶどうはマントルをつくる「岩石・鉱物」です。高温のマントルの下部で熱を受けとり、温度がくなった岩石は熱膨張で軽くなります。上昇し、地表付近でこの熱を放出すると、今度は重くな沈降していくわけです。

このような上昇・下降のサイクルを熱対流現象と呼びます。マントルも対流しており、その運動によってさまざまな地質現象が駆動されます。残念ながら熱をみることはできないのですが、干しぶどうにくっついたバブルは観察することがきでます。

夏目漱石の弟子で随筆家・俳人でもあった物理学者寺田寅彦は、茶碗の湯に立ち上る湯気をみて熱対流に思いをはせました。私たちは踊る干しぶどうをみてマントル対流を想像しましょう。

地球の内部では何が起こっているのか？

出典：『眠れなくなるほど面白い図解地学の話』

・地球の成り立ちについて興味がある
・地震のメカニズムについて知っておきたい
・今後日本が直面する気候変動について学びたい　etc….

以上の方には「図解　地学の話」は大変おすすめな本です。

６４００㎞とは何の距離かわかりますか？東京と宇都宮の間の距離が約１００㎞ほどですから、その64倍ということになります。また、本州の長さは測り方にもよりますが、約１３００㎞ほどですから、その約５倍です。決して短い距離ではありませんが、かなりの長さというわけでもないですね。実は、これは地球の半径の長さなのです。「えっ、地球ってそんなに小さいの！」とびっくりする人もいるかもしれません。そうなのです、地球は本当に小さい惑星なのです。

46億年。一年の46億倍。これはまた、気の遠くなるような時間の長さですが、これは地球の年齢。宇宙の年齢は１３８億年といわれていますので、それにくらべれば若いとはいえますが、それでも膨大な時間です。長く生きている小さな惑星、それが私たちの地球です。

中学や高校で地学を学んだ方もいるかもしれません。地学は、こうした地球についてさまざまなことを教えてくれます。ですが、地学の分野はきわめて多岐にわたり、そのすべてについて詳しく知ることは、不可能ではないかもしれませんが、大変難しいことです。本書は、地学の種々の分野を体系的に知るための教科書ではありません。49の面白そうなトピックを選び、図解をまじえて、なるべく物語風に語ったものです。

どの項目を読んでも、地学に興味のあるあなたなら楽しめるはずです。ぜひ本書を一読し、その深い世界を楽しんでください。

地球はどのようにして誕生したのか？

この記事では多くの人が一度は疑問に思ったことがある、「地球はどのように誕生したのか？」を解説します。不思議でロマンあふれる地学の世界の一歩を踏みだしましょう。

太陽系は、今から約46億年前にできました。太陽だけではなく、太陽系の惑星も同時にできました。最初は星間ガスの回転濃集から始まり、やがて中心星の太陽とそれを取り巻く円盤が形成されると、円盤の中にガスから固体の塵が晶出しました。その後、それらの塵が相互に合体して、岩石、微惑星、そして惑星や衛星が短期間に形成されました。惑星になれなかった小惑星、隕石、そして月の石の最古年齢は、いずれも46億年前であることから、それが太陽系形成年代とされています。

ですが、地球にはそのような古い記録は残されていません。その理由は、地球では他の惑星にないプレートテクトニクスが働いていて、常に古い岩石を新しいものにつくり替えているからです。地球最古の岩石はカナダ北部でみつかった40億年前のものであり、最古の物質は43 億７０００万年前のジルコンという鉱物粒です）。地球年齢が46億歳ということは間接的に推定されているわけです。

多様な隕石の２段階による合体でできた地球

地球の岩石の化学成分はよく調べられており、しばしば惑星形成の材料物質であった隕石の組成と比較されます。すると地球岩石は多様な隕石の種類の中でも、特定のタイプ（エンスタタイト球粒隕石）と近縁であることが確認できます。

地球の岩石の化学成分はよく調べられており、しばしば惑星形成の材料物質であった隕石の組成と比較されます。すると地球岩石は多様な隕石の種類の中でも、特定のタイプ（エンスタタイト球粒隕石）と近縁であることが確認できます。ところが、このタイプの隕石には、大気や海水をつくる軽い元素がまったく含まれておらず、エンスタタイト球粒隕石だけでは、現在のような水惑星地球をつくることはできません。地球の大気や海水をつくっている水素の同位体組成（普通の水素の他に重水素と三重水素がある）は別のタイプ（炭素質球粒隕石）が起源であることを示しています。

したがって、地球形成は、岩石／金属からなる部分をつくったエンスタタイト球粒隕石集積の段階と、その後の炭素質球粒隕石の追加という２段階を経てできたことがわかってきました。

太陽系の中を実際に探査機が飛びまわって調べた結果、エンスタタイト球粒隕石は地球軌道周辺にも存在していたと考えられますが、水素などの揮発性成分を持つものは火星の外側の小惑星帯の中でも外側にしか分布していないことがわかりました。であれば、初期太陽系の円盤の中で大規模な物質移動を考える必要があります。