超巨大火山イエローストーンの謎！地下に潜む「マントルウィンド」とマグマ誕生のメカニズム
やっほー！みんな元気？「TKちゃんの科学実験ラボ」専属ライターのTKちゃんだよ！
今日は、みんなも一度はテレビやネットで見たことがあるかもしれない、アメリカの「イエローストーン国立公園」のお話だよ。色鮮やかな巨大な温泉や、勢いよく吹き出す間欠泉で有名な大自然のテーマパークみたいな場所だよね。
でも実は、その美しい景色の地下には、アメリカ大陸の半分を灰で埋め尽くすほどの途方もないパワーを秘めた超巨大マグマが眠っているんだ。世界最大級の「超巨大火山（スーパーボルケーノ）」とも呼ばれているよ。
今回は、そんなイエローストーンのマグマが、一体どこからどうやって湧き上がってきているのか？という長年の謎に迫った、世界最高峰の科学雑誌『Science』に掲載された超ホットな最新論文を紹介するね！地球の奥深くで起きている壮大なドラマ、一緒に覗きにいってみよう！
研究の背景： 教科書の常識が覆る！？「マントルプルーム説」への大きな疑問
これまで、イエローストーンのような「プレートの真ん中にある巨大火山」のエネルギー源は、地球の深〜い場所から来ていると考えられてきたんだ。
これを地質学の言葉で「マントルプルーム（ホットスポット）」って言うよ。地球の核（コア）とマントルの境目という、足元から数千キロも深い場所から、超高温の岩石がまるで太い柱のようにまっすぐ上に昇ってきて、地表の近くでマグマになるという説なんだ。教科書にも載っている有名なメカニズムだね。
ハワイの火山なんかもこのマントルプルームで説明されていて、科学者たちは「イエローストーンも当然、深いところから熱い柱が突き上げているんだろう」って信じていたの。
ところが、近年の観測技術の進化で地震波を使って地下の様子を詳しくスキャンしてみたら、「あれ？なんかおかしくない？」ってデータが出始めたんだよね。マグマの通り道が、まっすぐな柱じゃなくて、地下深くに行くほど南西に向かって大きく斜めに傾いていることが分かっちゃったの。深いところからまっすぐ熱が上がってきているなら、こんな斜めになるはずがないよね。ここから、科学者たちの壮大な謎解きが始まったんだ。
実験内容・調査方法： 地球の深部を3Dで再現！大スケールの「地球動力学シミュレーション」
この「斜めになった謎のマグマシステム」の正体を突き止めるために、研究チームは地球の内部を丸ごとコンピュータの中で再現するという、すっごくスケールの大きな実験に挑んだんだ。
彼らは、地震波のデータや、地表にある岩石の成分など、ありとあらゆる観測データを総動員して、北米大陸の地下深くの様子を3Dモデルで組み上げたの。さらに、「地球動力学（ジオダイナミクス）モデル」と呼ばれる、マントルのドロドロとした動きや温度の変化を計算するスーパーなプログラムを使ったんだよ。
過去から現在までの「地球の動き」を計算する！
このモデルの凄いところは、ただの静止画じゃなくて、大陸のプレートがどう動いているか、地下の岩石がどういう力で引っ張られているかを、物理の法則に従って時間を追ってシミュレーションできるところなんだ。
研究チームは、このシミュレーションの中で「マグマがどこで生まれて、どうやって地表まで上がってくるのか」を徹底的に追跡したんだよ。地球の奥深くは直接見に行くことができないから、こうやって最新のコンピュータ技術で地球を動かして答えを探すなんて、まるでSF映画みたいでワクワクするよね！
驚きの結果： マグマの故郷は「浅い場所」だった！？深部プルーム説の崩壊
そして、シミュレーションが弾き出した答えは、これまでの地質学の常識をひっくり返すような衝撃的なものだったんだ！
なんと、イエローストーンに凄まじいエネルギーを供給しているマグマは、地球の深〜いコア付近から来ているのではなく、リソスフェア（地球の表面の硬い岩石の層）のすぐ下、深さ約100キロメートルくらいの「浅い上部マントル（アセノスフェア）」から来ていることが判明したんだよ！
つまり、深いところからの「熱い柱（プルーム）」は、イエローストーンのマグマ作りにはほとんど関係なかったってこと。じゃあ、熱源が深いところから来ていないなら、どうやってあんなに大量のマグマが作られているの？って不思議に思うよね。その秘密は、地球の地下に吹く「風」にあったんだ。
なぜそうなったの？： 地下を吹き抜ける「マントルウィンド」と減圧溶融のヒミツ
ここで登場するのが、今回の論文の最大のキーワードである「マントルウィンド（Mantle wind）」だよ！
実は、北米大陸の地下深くには、何千万年も昔に沈み込んだ「ファラロンプレート」という古いプレートの残骸があって、それが原因でマントルの中に「西から東へ向かうゆっくりとした水平の流れ」ができているんだ。これがマントルウィンド。風って言っても空気がビュンビュン吹いているわけじゃなくて、ドロドロに熱い岩石がじわじわ〜っと横に流れているイメージね。
圧力が下がると岩石はドロドロに溶ける！
この東向きのマントルウィンドが、西側から熱〜い物質をイエローストーンの地下に運んでくるんだ。そして、この熱い物質が、北米大陸の厚くて硬い地盤の底（でこぼこした壁みたいなもの）にぶつかると、物質がググーッと無理やり引き伸ばされるの。
地下の岩石って、温度が高いだけじゃなくて「圧力が下がる」ことでも溶けてマグマになる性質があるんだよ（これを減圧溶融って言うの）。マントルウィンドによって物質が引き伸ばされて圧力がスッと下がったことで、この浅い場所で大量のマグマが一気に作られていたってわけ！
斜めのマグマだまりの謎もこれで解決！
さらに、地下では「東へ流れるマントルウィンド」と、「西へ移動している北米プレート」が激しくぶつかり合っているんだ。この逆方向の力が綱引きみたいに引っ張り合うことで、地下の岩石圏に斜めの裂け目（マグマの通り道）ができたの。
だから、イエローストーンのマグマは、地震波で観測された通りに南西に傾いた斜めの形になっていたんだね。深いマントルからの垂直な柱じゃなくて、地表近くのプレートの動きと水平なマントルの流れ（テクトニクス）が、あの超巨大火山を生み出していたなんて、地球のダイナミズムに圧倒されちゃうね！
研究の限界とこれからの未来： 火山噴火の「天気予報」実現へ！？地球規模のダイナミクス解明
今回の研究で、イエローストーンのマグマがどうやって作られ、どうやって地表付近まで運ばれてくるのか、その全体像がかなりはっきりとわかってきたんだ。
もちろん、地下の奥深くのことはまだまだ謎だらけだから、今回の3Dモデルも完璧じゃない部分はあるかもしれない。でも、この「地球動力学モデル」を使うアプローチは、火山の研究に全く新しい風を吹き込んだことは間違いないよ！
研究チームは、このモデルをさらに進化させれば、マグマが地下でどう動いているかをリアルタイムで把握できるようになるかもしれないって考えているんだ。つまり、将来は天気予報みたいに「明日のマグマの動き」をシミュレーションして、世界中の火山の活動をより正確に知ることができるようになるかもしれないんだって。科学の進歩って本当にすごいよね！
TKちゃんのまとめ！： スーパー銭湯のジェットバスと地球のマグマは同じ！？
横から吹いてくるマントルの風が、硬いプレートにぶつかってマグマを生み出すなんて、地球の中って本当に複雑で面白いよね！このニュースを読んでたら、週末に家族で行ったスーパー銭湯での出来事を思い出しちゃった。
お父さんの運転で家族みんなで大きなお風呂に行ったんだけど、僕、強力な水流が出る「ジェットバス」が大好きでさ。壁からブクブク横向きに吹き出してくる強い水流を背中に受けてたら、水が僕の背中にぶつかって、行き場をなくして上に向かってザバーッて勢いよく盛り上がってきたの！
これってまさに、「横から流れてきたマントルウィンド（ジェット水流）」が、「硬いリソスフェア（僕の背中）」にぶつかって、上に押し上げられてマグマ（水しぶき）になるメカニズムとそっくりだよね！銭湯でリラックスしながら地球規模のテクトニクスを体感してたなんて、なんだか得した気分になっちゃった。みんなも次にジェットバスに入るときは、「おお、これがイエローストーンのマグマの気持ちか…！」って想像してみてね！それじゃあ、また次回の科学ニュースでお会いしましょう！バイバーイ！
ソース：Science
コメント