地球惑星物理学科進学を夢見る河合塾生。:予備校生:19

　現在の金星で火成活動が活発ではない理由として，金星では5億年ほど前に全 球規模での大規模な火成活動と構造運動が起き，その後火成活動は小規模なも のになってしまったという説が一般に受け入れられています．

　なぜこのような火成活動の消長が起きるのか，いくつかの仮説が提案されて います．例えば，ある説によると，高い地表温度のため，金星の地表は変形し やすく，マントル対流によってリソスフェアが金星内部に沈み込みやすくな る．この効果がさらにマントル対流を活発化させ，この活発化のピークは間欠 的に来る．計算によると5億年程度の周期で，ピーク時に大量の溶岩が噴出 し，全星規模での火成活動や構造運動をもたらすと考えられています．
　これらはあくまで仮説であり，絶対正しいというものではありません．現在 多くの研究がなされている最中であり，これらの仮説もこれから先に書きかえ られていくと思われます．

　なお，火成活動の熱源は惑星形成時に内部に蓄えられたエネルギーだけでな く，放射性元素の崩壊にともなう熱や潮汐力などもあります．
　例えば木星の衛星のイオは半径が1820kmと，地球（6400km）よりも小さい天 体ですが，火成活動は太陽系で最も活発な天体です．潮汐力が強く関わってい るからです．木星から近い所を公転していること，さらに公転軌道が他の衛星 エウロパ，ガニメデと複雑な関係にあることで，イオは公転しながら圧縮され たり引き伸ばされたりします．このような作用が絶え間なく続くのでイオの内 部は熱くなり，火成活動が活発になっていると考えられています． (6/2/98)

永澤千明（東京大学理学部博士課程）

(2/13/97)

小川広夫:無職:７４

森俊哉（東大理学部）

小澤:植木職人:35

もう少し熱源について説明すると、 主なものは、地球形成時から蓄えられてきた熱、および、放射性元素が壊変する 時に生じた熱です。 微惑星が衝突・合体を繰り返して地球が現在の大きさまで成長する時には、 大量の重力エネルギーが解放されこれが熱に変わります。また、地球の中心に 金属核が作られる際に解放された重力エネルギーも地球内部で熱となります。 これらが地球形成の比較的初期に生産されて蓄えられてきた熱であるのに対して、 ウラン・トリウム・カリウムなどの放射性元素の壊変エネルギーが転じた熱は、 初期地球と比べて熱生産量が現在では1/3程度に減ってはいるものの、今も なお生産され続けています。 (8/13/99)

安田　敦　（東大・地震研究所）

まさみ:会社員:50

現在の地球の場合、マグマが作られる状況として3つ考えられます。 一つは減圧融解というメカニズムが働く状況です。 地球を構成する岩石の融けはじめる温度は圧力が低くなるとともに低温になっていきます。 このため、地下400km（圧力約14万気圧）で1400度の岩石は固体ですが、 地表では1200度の岩石はどろどろに融けてしまいます。 このため、マントル内の上昇流で地表近くにまでマントルの岩石が持ち上げられると 岩石の一部が融けてマグマを作ることになります。 海嶺と呼ばれる海洋プレートのわき出し口では、 このようなメカニズムで玄武岩マグマが生産され、海洋地殻を作っています。 マグマを作る別のメカニズムとして、低融点成分（例えば、水）との混合があります。 例えばマントルを構成するペリドタイトという岩石は、深さ100kmの圧力下では 水の存在しない環境では1400度近くまで融けません。 しかし、水が多量に存在すると1000度程度で融けてしまいます。 日本列島など島弧に火山が多いのは、プレートの沈み込みによって大量の水がマントル内部に 持ち込まれるため、岩石の融点が下がって、マグマを生産しやすい環境ができているためと 考えられます。 マグマ生産の3番目の状況は、融点の異なる物質どうしの接触や混合です。 一口にマグマといっても、その温度はマグマの組成によって大きく異なります。 最初は低温の低融点の岩石が高融点で高温の岩石と接触すると、高温の岩石から しだいに熱をもらって低融点の岩石が融けはじめてマグマを作ることがあります。

以上のように、マグマが存在しつづけているといっても、ずっと同一のマグマが存在しているのではなく、 温度や圧力、揮発性成分の量といった周辺の環境変化によって固体岩石であったり、融けてマグマになったり 形を変化させながら存在しているわけです。ずっと高温状態が必要なわけではありません。 マントル対流やプレート運動などが、岩石のおかれた環境の変化をもたらしているわけですから、 マントル対流やプレート運動の原動力、すなわち地球のゆっくりとした熱の放出が マグマがずっと作り続けられている原因と考えることもできるでしょう。 (10/09/00)

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

☆おちょめ☆:中学生:15

いただいた質問には，大事な点が２つ含まれています．一つは物体が冷えるスピードは なにで決まるかということ，もう一つはマグマがどうやってできるかということです．

物体が冷えるためには，熱を逃がさなくてはなりません．この場合，表面積に比例して 熱が逃げていきます．一方，物体が持つ熱の総量は物体の体積に比例するので， 大きな物体ほどたくさんの熱を持っていることになります． ところで，物体表面積は物体のサイズの２乗に，体積はサイズの３乗に比例しますか ら， 結局のところ，大きな物体ほど冷めにくいということになります． カップに少し入れたお茶はすぐに冷めてしまうけれど，なみなみと注げばなかなか冷 めないということを 思い出してください．マグマの場合も同じことです． 地表に流れ出た厚さ数メートルの溶岩はすぐに冷え固まってしまいますが， 火山の地下にある直径数kmのマグマ溜まりが冷え固まるには数十万年が必要です．

次に，マグマがどうやってできるのか． マグマは岩石がとけてできたものです．ではどのような場合にとけるかというと， （１）温度が上がった場合，（２）圧力が下がった場合，（３）融けやすい別の物質 が混ざった場合，です． 「圧力が下がった場合」というのは少しわかりにくいかもしれませんが，たいていの 物質では 物質のとける温度は圧力が高いほど高くなっていきます．例えば岩石の場合も地下 100km（圧力3万気圧）で 1200度では岩石は固体のままですが，その温度を保ったまま大気圧下に持ってくると どろどろにとけてしまいます．

地球の46億年の歴史のなかでは地球のどこかでは常にマグマが存在しています． 地球ができる際には幾つもの微惑星が地表に降り注ぎました．この時には衝突のエネ ルギーで 地表には煮えたぎるマグマの池やマグマの海ができたと考えられています．これは（ １）のケースです． 一方，現在の地球でのマグマのでき方を考える場合に重要となるのはおもに上記の（ ２）と（３）の場合です． マグマができる場所は主として，海嶺，ホットスポット，沈み込み帯の３カ所ですが ，海嶺とホットスポットの場合には（２）の圧力低下がマグマのできる主要な原因で す．これに対し，日本のような沈み込み帯の火山の場合には， 沈み込むプレートによってマントル内に水が供給されて，この水の存在によって岩石 の融点が下がることも重要なので （３）もマグマの生成に効いてきます． 地球はとてもゆっくりしか冷えないので，現在の地球の表面温度は20度くらいですが， 今でも地下深くではでは温度が1000度を越えています．でも地下深い所すべてがどろ どろに とけたマグマになっているわけではありません．外核と呼ばれる深さ2900kmから 5100kmの領域を除けば 地球の内部はほとんど固体です．ではどうしてマグマが作られるかというと， マントル対流やプルーム活動によって固体状態の地球の中の方の岩石が地表近くに上 がってきた際に 圧力が低くなることが効いて岩石が融けてしまい新たにマグマが作られるのです． マントル対流やプルーム活動は地球内部の熱を効率よく外に放出するための しくみです．だから地球の内部が十分に熱いうちはマントル対流やプルーム活動が起 きて， それに伴って次々とマグマも作られ続けていくのです． （Mar-07/2003）

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

ゴア:教師:43

その結果は，地球の年齢は2000万年〜4000万年というものでした． 何故彼が誤った答えを出してしまったかというと，彼は放射能による発熱のことを考 慮していなかった からです．地球の内部にはウラニウム，トリウム，カリウムといった放射性元素が存 在しています． これらの半減期は，核種ごとに違うものの数億年から100億年以上と非常に長いので ，現在でも まだ地球内部では放射壊変による熱が生産されており，これが地球の冷えるのを遅ら せています．

関連する内容として，左側のコラムの 「トピック項目表示」に入って，「 マグマとマグマ溜まり：熱源」の項目がありますので，こちらもご覧ください．

（05/05/03）

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

りょん:会社員:35

大場武（東京工業大学・火山流体研究センター ）