ホットスポット (地学)

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、マントルに部分的な溶融が起こり、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1700km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。

Hotspot(geology)-1
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

ホットスポットの成因

Plumetectonics&hotspot
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

Hawaii hotspot
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

Prominent hotspots
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、アフリカ大地溝帯も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

太平洋

インド洋

アフリカ

大西洋

南極

ホットスポットの種類及び形状

5types of hotspot
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

  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」

参考文献

関連項目

アイスランドホットスポット

アイスランドホットスポット(英: Iceland hotspot)とは、現在のアイスランドの地下に位置するホットスポットである。アイスランドホットスポットが存在していることが、アイスランド本島が形成された要因の1つとなっている。なお、大西洋中央海嶺と重複したホットスポットは幾つも知られているが、このアイスランドホットスポットもそのようなホットスポットの1つに数えられている。ただし、アイスランドホットスポットには、まだ不明な点も残っている。

アイスランド関係記事の一覧

アイスランド関係記事の一覧(アイスランドかんけいきじのいちらん)

ショウナ・ホットスポット

ショウナ・ホットスポット(英語、Shona hotspot)とは、大西洋中央海嶺の南端部に存在するホットスポットである。ただし、その正確な位置に関しては諸説ある。なお、メテオ・ホットスポット(英語、Meteor hotspot)とも呼ばれる。

ハワイ・ホットスポット

ハワイ・ホットスポット (Hawaii hotspot) は、ハワイ島近辺に位置する火山性ホットスポットである。世界で最もよく知られ、研究されているホットスポットで、そのマントルプルームは5,800km (3,600 mi) 以上に及ぶハワイ-天皇海山列を作り上げた。これらは4つの活火山と2つの休火山、そして123以上の死火山からなり、その多くは波による浸食を受け海山か環礁となっている。この山列は、ハワイ島の南からロシア東端付近のアリューシャン海溝まで伸びている。ほとんどの火山は地殻プレートの境界の地質学的活動で形成されるが、ハワイのホットスポットはプレートの境界からは遠く離れている。1963年にツゾー・ウィルソンが単独で初めて提唱した古典的ホットスポット理論では、その場に定着しているマントルプルームが火山群を作り、太平洋プレートの移動によりその供給源から切られ、次第に不活性化していき最終的には数百万年の浸食を受け海面下に没していくと説明された。この理論によれば、天皇海山列とハワイ諸島との間の約60度の屈曲は太平洋プレートの急激な動きの変化が原因である。2003年、新たな調査により、ホットスポットは移動性で定着しておらず、4,700万年前の屈曲はプレート移動ではなくホットスポットの動きの変化によって引き起こされたというモバイルホットスポット理論が提唱された。

ハワイの先住民達は探検により、北に行くにつれて火山の風化が進んでいることを認識していた。ハワイの火山と海水との戦いはハワイ神話の重要な要素で、ペレはその火山の女神である。後にヨーロッパ人がハワイ諸島に進出すると、1880-1881年にジェームズ・デーナは先住民による長期間の観測との関連性を確認するためホットスポットの火山岩の正式な地質調査を初めて命令した。1912年には火山学者のトーマス・A・ジャガーによってハワイ火山観測所が創立され、島の持続的な科学的観測が始められた。1970年代にはハワイの海底の複雑な地質を調査するマッピング計画が開始された。

プルームテクトニクス

プルームテクトニクス (plume tectonics) は、1990年代以降の地球物理学の新しい学説。マントル内の大規模な対流運動をプルーム (plume) と呼び、この変動を検討するため、プルームテクトニクスと命名された。

プレートテクトニクス理論が地球の表面に存在するプレート(厚さ約100km)の変動(テクトニクス)を扱うのに対し、この説では深さ2,900kmに達するマントル全体の動きを検討する。日本の深尾良夫(元東京大学地震研究所)や丸山茂徳(東京工業大学地球生命研究所)が提唱している。

プレートテクトニクス

プレートテクトニクス(英: plate tectonics)は、プレート理論ともいい、1960年代後半以降に発展した地球科学の学説。地球の表面が、右図に示したような何枚かの固い岩盤(「プレート」と呼ぶ)で構成されており、このプレートが、海溝に沈み込む事による重みが移動する主な力になり、対流するマントルに乗って互いに動いていると説明される。

ホットスポット

ホットスポット(英: Hotspot)とは、局地的に何らかの値が高かったり、局地的に(何らかの活動が)活発であったりする地点・場所・地域のことを指さすための用語で、具体的には以下のような場所を指す。

メガリス

メガリス(Megalith)

有史以前に創造され、現代も形を残す巨石遺跡。巨石記念物を参照。

コンピュータ会社、株式会社メガリス。

フュージョンバンド T-SQUARE の曲。(⇒アルバム『NEW-S』)

タカラの玩具、電脳迷宮メガリス。

ゲーム『サガ フロンティア2』に登場する、人知を超える特性をもつ遺跡ダンジョンの総称。

ゲーム『ACE COMBAT 04 shattered skies』に登場する、隕石を誘導するミサイルの発射基地。

ゲーム『アーマード・コア4』『アーマード・コア フォーアンサー』に登場する、循環型電源施設。

大陸プレートの下に潜り込んだ海洋プレートの先端が、破断し沈降していく塊体のこと。メガリソスフェア(Mega-lithosphere)の略。別名スタグナントスラブ。(⇒ホットスポット (地学)#ホットスポットの成因)

ルイビル海山列

ルイビル海山列(るいびるかいざんれつ 英語:Louisville seamount chain)は、太平洋南西部にある、70以上の海山からなる列。地球上最長の海山列の一つであり、長さはおよそ4300kmに達する 。太平洋南極海嶺から東北東にトンガ・ケルマデック海溝まで伸び、そこで太平洋プレートの一部としてインド・オーストラリアプレートに沈み込んでいる。この海山列は、ルイビルホットスポット上を太平洋プレートが移動することで形成された。

ルイビル海山列の存在は1972年に明らかになった。

レユニオン・ホットスポット

レユニオン・ホットスポットはインド洋のレユニオン島直下にあるホットスポット。チャゴス・ラッカディヴ海嶺やマスカリン海台南部はレユニオン・ホットスポットの火山活動によるものである。

レユニオン・ホットスポットは6600万年以上にわたって活動していると考えられている。このホットスポットの6600万年前の大規模噴火がインド中央部のデカン・トラップを形成し、またインドをマスカリン海台から分離させたと考えられる。インドが北へ向かった後もホットスポットは活動を続け、6000から4500万年前にかけてラッカディヴ諸島やモルディブ諸島、チャゴス諸島を形成した。およそ4500万年前に中央海嶺がホットスポットを横切り、レユニオン・ホットスポットはアフリカプレートの下に移った。

4500から1000万年前の間は、ホットスポットの活動は低調であった。その後活動を再開しマスカリン諸島を形成した。モーリシャスやロドリゲス海嶺は1000から800万年前に、ロドリゲス島やレユニオン島は過去200万年の間に出来た。レユニオン島のピトン・ドゥ・ラ・フルネーズ山は世界でも活発に活動している火山の一つであり、最近では2015年8月に噴火している。

天皇海山群

天皇海山群(てんのうかいざんぐん、英: Emperor Seamount Chain)とは、北太平洋の西側にある海山群(海底山脈)。中央海嶺と区別して非地震性海嶺(aseismic ridge)の一種としても位置づけられる。天皇海山列、北西太平洋海山列(Northwest Pacific Seamount Chain)という別名でも知られる。

海洋地質学

海洋地質学(かいようちしつがく、英語:marine geology)は海底の地質を研究対象とする、地質学の一分野である。地球表面の約70%は海域でありながら古い地質学にとっては、沿岸の浅瀬を除いては、海底の地質はほとんど研究の対象とならなかった。このことは、ひとつには海底の地質を調べる技術的困難が原因になっていたからであり、もうひとつには海底の地質構造がかなり単一なものであるとみなされていたからである。しかし、最近では海底を調査するための技術が非常に発達し、調査結果により海底の地質構造、および地殻構造は必ずしも単純なものでないことが明らかになってきたことなどによって、海洋地質学は目覚しい発展を遂げている。海洋地質学は、地質学を中心にして地球物理学、地球科学、生物学、天文学などの諸分野と関連を持つ総合科学である。なお、海洋地質学の同義語として海底地質学(Submarine geology)という言葉が用いられることがある。

プレートテクトニクス

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