ホットスポット (地学)

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プレート運動とホットスポット。一定の場所でマントルが上昇する。上昇するマントルは固体である。プレート移動によって海山が移動する

ホットスポット(hotspot)とは、プレート(リソスフェア)より下のアセノスフェアに生成源があると推定されるマグマの火山活動が起こる場所をいう。マントル本体も、その上昇流であるプリュームも固体である。マントル上昇によって温度を保ったまま圧力が減少するので、マントルの部分的に溶融が起こり、マグマが発生する。溶融量は通常10%未満である。

1990年代まではほとんど位置を変えることはないと考えられていたが、J・A・タルドゥーノらの天皇海山列に関する研究によりハワイ・ホットスポットが約8000万年前から5000万年前の間に、南に約1700㎞移動した可能性が指摘された[1][2]

以下の記述は、ホットスポットが不動点であることを前提としている。

ホットスポットの成因[編集]

プリュームテクトニクスとハワイ型及びタヒチ型ホットスポット

プリュームテクトニクス仮説によれば、地学でのホットスポットとは、マントル内の上昇流(ホットプリューム)の先端が、プレートを突き抜けて地表に現れた火山活動地形とそれに起因する地面の高温現象を指す。

大陸プレートよりも比重の重い海洋プレートは、沈み込み帯でマントル内へ入りスラブ[3](英:Slab)とよばれる。しかし、およそ深度670kmよりも深いマントルは周囲の熱と圧力に結晶構造がペロブスカイト相に遷移して密度が高くなる。するとスラブは周囲よりも比重が軽くなるためそれ以上沈み込みづらく、ここで一時滞留した(スタグナント、英:Stagnant「淀んだ」の意)スラブとなる[4]。大量に滞留したスタグナントスラブの一部は相転移して密度が上がり、その重くなったスラブは分裂し、マントル内の下降流(メガリスコールドプリューム)となって下部マントル内に沈んでいく。コールドプリュームの挙動が対流となり、核に近い高温のマントルが上昇に転じてホットプリュームが発生する。

大規模なホットプリュームの上昇流は、地表へ達すると中央海嶺を形成して水平に拡大し、新たな海洋プレートの成因となる。しかし小規模なホットプリュームはプレートの水平動とは連動しない独立した熱源として留まることができる。これを地学でのホットスポットとよぶ。ホットスポット上のプレート上にはプレートの動きの方向に沿った火山列を形成することになり、また動きの遅いプレートでは局所的に大規模な火山を形成する。

ホットスポットの地球科学上の意味[編集]

北太平洋の海底地形。ハワイ諸島及び天皇海山群の並ぶ様子がよくわかる

ホットスポットの地球科学上の意味は、マントル内部のプリュームテクトニクスが地表に顔を出したものであるほかに、プレート運動の証言者という意味がある。

ホットスポットの典型例として挙げられるのは、ハワイ諸島及び天皇海山群である。ハワイ諸島及び天皇海山群は、アリューシャン列島カムチャツカ半島の付け根部分からハワイ諸島まで「く」の字を横倒しにしたように並ぶ古い海底火山(海山)と火山島の列であるが、北端では7000万年前、海山列の折れ曲がる北緯40度付近では、4200万年前であることが判明している。つまり北から順に古い海底火山(海山)と火山島が並んでいることが証明された。このように岩石の年代からホットスポットの軌跡が描かれていると考えられる場所は、世界で20ヶ所ほどあると考えられている。Minsterは、それらのホットスポットの軌跡のある場所がプレートの動く方向と一致しているか検証したところ、ほぼ一致するという結果が得られたばかりか、太平洋プレートココスプレートナスカプレートインドプレートの動きが他のプレートの動きよりも早いことまで判明した(Minster et.al., 1974)。反面同時に、ハワイ諸島及び天皇海山群がホットスポットによって生成された海底火山が火山島となり、プレートの移動によって活動をやめ、ベルトコンベアーに載せられたように順次北西方向に連なる海山となって海底に眠っていることも証明された。

現在ホットスポットが所在する主な場所[編集]

世界の主なホットスポットの位置

ホットスポットの発生は、大陸の移動には影響されないが、ホットスポットがプレート内部で多く発生することによって、大陸移動の契機になりうると考えられている。つまり、ホットスポットができるとプレートに放射状に3方向へ割れ目ができるが、そのようなホットスポットが多数あることによって割れ目同士がつながり、中央海嶺の成因になるということである。実際、現在の大西洋中央海嶺はホットスポットと重複している場所が多く確認されており、アフリカ大地溝帯アフリカスーパープリュームの地表部分をなすホットスポットであり、巨大な割れ目となって大陸が分裂し、将来的に中央海嶺が形成されるだろうと考えられている。

アメリカ[編集]

太平洋[編集]

インド洋[編集]

アフリカ[編集]

大西洋[編集]

南極[編集]

ホットスポットの種類及び形状[編集]

ホットスポットの形状

ホットスポットの種類は大きく分けて2種あると考えられる。地震波トモグラフィーの画像によって南太平洋の海底の下のマントルが非常に高温であることと、その高温域がハワイに枝状につながっていることが明らかになった。つまりタヒチは南太平洋の高温域である下部マントルのスーパープリュームが部分的に地表に直接的に現れた姿であり、ハワイはスーパープリュームの影響を受けつつ、上部マントルの第3次ホットプリュームが表出したものであると考えられるようになった。

このタヒチ型とハワイ型の違いは、地震波トモグラフィーの画像のほかに、双方の火山噴出物の違いからも明確である。ハワイで噴出する玄武岩は、地表からの深さ200kmよりも浅い海嶺玄武岩の元になる物質と、200kmよりも深い「始源的」ともいうべきマントルの物質の混合物であるが、タヒチのそれは、の極端に少ない玄武岩で「始源的」なマントルの物質が吹き出したものである。タヒチの他にはセントヘレナが知られている。タヒチの噴出物である玄武岩に鉛が少ないのはプレートが沈み込む段階で鉛が失われるという説と、に鉛が吸収されるという説があるが、実際にはその理由はわかっていない。

一方、ホットスポットには多様な形状がみられる。

  • ハワイ型;断続的にマグマのかたまりが吹き上げてくる。
  • 東経90度海嶺型;東経90度海嶺は、インド洋ベンガル湾の南方の海底にある。連続的にマグマが吹き上げてくる。
  • オントンジャワ型;オントンジャワ海台は、現在のニューギニア島の東方の海底で1億2千年前(中生代)に活動を行っていた海底火山の一種。スーパープリュームの先端部分がリソスフェアを突き破って、だらだらと大規模に溶岩を吹き出し、巨大な海台を形成する。オントンジャワの噴出規模は周辺の海台を合わせると8,000万m³に及び、これはデカン高原の200万m³の40倍もの規模である。
  • 中部太平洋海山列型;プリュームが吹き上げる中で散在的に高温のマグマ部分があって、それが噴きあげて散在的に海底火山や海山、火山島を形成する。
  • ナウル海盆型;ハワイ型とオントンジャワ型の中間であり、オントンジャワほど大規模ではないが、プリュームが吹き上げる物質を数回に2~3回にわたって多量に噴出する。

脚注[編集]

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  1. ^ J・A・タルドゥーノ (4 2008). “ホットスポットは動いていた”. 日経サイエンス 38 (5): 64. ISSN 0917-009X. 
  2. ^ サイエンスポータル【 2012年11月29日 地球内部で個別移動するホットスポット 】、2016年3月4日最終閲覧。
  3. ^ スラブは元々は登山用語で”一枚岩”のこと。地震学ではマントル内に沈んだ海洋プレートをいう。
  4. ^ 日本地震学会広報誌Vol61「コンピュータでメガリスを作る」

関連項目[編集]

参考文献[編集]