マントル

マントル：天体の内部構造を支える層

マントルは、地球や他の惑星、衛星などの天体内部に存在する、核を取り囲む層です。地球型惑星では、金属製の核の外側に位置し、主に岩石で構成されています。その上には、組成や物性がわずかに異なる地殻が存在します。マントルの名称は、フランス語で「覆い」を意味するmanteauに由来し、核を覆う層であることを示しています。

地球のマントル

地球のマントルは、大陸地殻の下約30～70km、海洋地殻の下約7kmから深さ約2,900kmまで広がっています。地殻との境界は、地震波の速度が変化するモホロビチッチ不連続面（モホ面）で区切られ、マントル下面はグーテンベルク不連続面で外核と接しています。

地球のマントルは、均質な層ではなく、深さによって異なる層構造を示します。深度とともに温度と密度が上昇し、特に密度は鉱物の相転移によって不連続的に増加します。地震波の速度変化から、410km、520km、660km、2700kmの深さに不連続面が確認され、これらは鉱物相の境界と考えられています。

特に660km不連続面は明瞭で、これを境に上部マントルと下部マントルに分けられます。上部マントルは主にかんらん石で構成され、部分溶融してマグマを生成することもあります。下部マントルは、高圧下で安定なペロブスカイト相やポストペロブスカイト相といった鉱物で構成されています。2004年のポストペロブスカイト相の発見は、マントル研究に大きな進展をもたらしました。マントル最下部のD''層は、核との境界付近に位置し、その構造や組成は未だ不明な点が多い領域です。

力学的な性質から見ると、マントルはリソスフェア、アセノスフェア、メソスフェアに分類されます。リソスフェアは比較的剛性が高く、プレートテクトニクスにおけるプレートに相当します。アセノスフェアは部分溶融し、流動性を示す低速度層です。メソスフェアはマントルの大部分を占め、高い剛性を有する固体層です。

マントルの構成成分については、上部マントルはダナイトと玄武岩の混合物であるパイロライトから構成されていると考えられています。下部マントルの組成については、上部マントルと同様のパイロライトであるとする説と、化学組成が異なるという説があり、未だに議論が続いています。

マントルの調査方法

マントルの直接的な調査は困難であり、これまでコラ半島超深度掘削坑や国際深海掘削計画などでも地殻への到達にとどまっていました。そのため、地震波の伝播速度などを用いた間接的な調査が中心でした。近年では、海洋研究開発機構（JAMSTEC）が地球深部探査船「ちきゅう」を用いて、マントルの掘削と試料採取を目指しています。また、オフィオライトやキンバーライトといった、地表に露出したマントル物質の分析も重要な情報源となっています。地震波トモグラフィーや、高圧実験による鉱物物性の解明も進められています。

地球以外の天体におけるマントル

地球型惑星や大型の岩石衛星は、地球と同様にマントルを持つと推定されています。しかし、水星は酸化鉄の割合が少なく硫黄が多いと推定され、火星は酸化鉄が多いと推定されるなど、組成は惑星によって異なります。木星型惑星や天王星型惑星は、核の外側に金属水素や氷のマントルを持つと推定されていますが、これらの層をマントルと呼ぶことは比較的少ないです。氷衛星の中には、岩石の核と氷のマントルからなるものもあり、潮汐摩擦によりマントルの最下層が溶けて海になっている可能性も示唆されています。

まとめ

マントルは、天体内部構造の重要な構成要素であり、その組成や構造、ダイナミクスは、惑星の進化や内部活動に深く関わっています。今後の探査や研究により、マントルの謎がさらに解き明かされることが期待されます。特に、マントル深部の構造やダイナミクスについては、まだ多くの未解明な部分が残されており、今後の研究の発展が重要です。

もう一度検索