マントル対流とは？

マントル対流は、地球のコアからの熱が表面に上向きに伝達されるプロセスです。 コアによるマントルの加熱により、対流セルが形成され、高温のマントル材料が上昇し、それに従って地殻に向かって冷却され、密度の低い材料に到達してから、拡散してから降下します。 同様のプロセスは、高温または高温の表面（たとえば大気）の上の流体でも観察できます。 マントル対流は、プレートテクトニクスと大陸移動、火山活動の原因であると想定されています。

地球は、コア、マントル、地殻の3つの主要な層で構成されています。 コアは主に鉄とニッケルで構成されていると考えられていますが、放射性元素の割合が高いと考えられます。 これらの元素の崩壊は、地球の地層からの熱とともに、コアを高温に保ちます— 5,432〜10,832°F（3,000〜6,000°C）であると考えられています。コアの上にマントル、層厚さ1,800マイル（2,900 km）の溶けた金属ケイ酸塩材料で、本質的にその上流域では液体であると考えられていますが、下層ではおそらく固体です。 最上層は地殻であり、マントルに浮かぶ密度の低い物質の固体層です。 これは、海洋地殻—海底—厚さ4-7マイル（6-11 km）および大陸地殻、厚さ19マイル（30 km）で構成されています。

地殻は大陸プレートに分割され、地質学的な歴史を通して、おそらくマントル内の対流プロセスの影響で、ゆっくりと相互に移動し、分裂して結合しました。 上昇するマントル物質が地殻に近づくと、外側に広がる動きにより、両側の地殻の部分が離れて移動すると考えられています。 大西洋はこのようにして形成されたと考えられており、このプロセスは今日も続いており、中部大西洋海Ridgeに沿ったマントル物質によって新しい海洋地殻が形成されています。 マントル物質が地表に新しい土地を形成する「ホットスポット」も数多くあります。たとえば、アイスランドとハワイです。 南アメリカの西海岸などの一部の地域では、海洋地殻の一部が大陸地殻の下を滑り、マントルの奥深くに降りることがあります。 これらは沈み込み帯と呼ばれます。

地殻プレートの動きは十分に確立されており、観測可能な証拠によって裏付けられていますが、テクトニクスを推進する地球のマントル内で進行しているプロセスを直接調査することはできません。 対流プロセスはそこで機能している可能性が高いようですが、その正確な性質は不明のままです。 マントル対流の調査では、地震波の挙動や、火山活動によって地表に押し出されたマントル材料の化学分析などの間接的な方法を使用する必要があります。 異なる場所から採取されたマントル材料のサンプルは、互いに化学的に異なることがわかっています。 これは、物質の完全な混合をもたらし、化学的に均質なマグマをもたらすはずであるため、マントルの深さ全体で対流が起こる理論モデルと矛盾するようです。

マントル対流の理論は、マントルの構造に関する他の観察および物理的制約に同意しながら、マントル材料の変動する化学組成を説明しなければなりません。 一部のモデルでは、上層で対流が発生し、下層から物質の噴出が発生する明確な層があります。 他には、上部マントルに浮かぶ古代の深い物質の「ブロブ」が含まれます。 沈み込んだ海洋地殻とマントル物質の不完全な混合も役割を果たします。 マントル対流は活発に研究されている分野であり、2011年現在、プロセスの詳細についてコンセンサスは得られていません。