マントル掘削への挑戦
マントル掘削と観測ー地球科学の歴史で最も難しい挑戦
マントル掘削について
私たちは、私たち自身が住んでいる惑星「地球」の最も大きな領域、地球内容のマントルに未だ到達したことがありません。 マントルは、地球の表面を殻のように覆っている「地殻」の下にあります。地殻の厚さは地震波の計測で分かっていますが、大陸の下で約40キロメートル、海底の下では僅か約6キロメートルです。地震波が地下を伝わる速度は、地殻を通り抜けてマントルに入ると急に速くなります。この速度が変化するところを、1909年に発見した科学者モホロビチッチ博士に因んで、「モホ」と呼んでいます。モホより上が地殻、下がマントルです。人類は38万キロメートル彼方にある月には足を踏み入れていますが、深さ6キロメートルにはまだ到達できていません。
地球の大部分。地球の体積の約83%を占めるマントル。ごくわずかな割合で水を含むマントルの体積が膨大なので含まれる水の量は海水と同じかそれ以上と考えられている。マントルで何が起こっているのかは、地球全体の水や炭素の循環を理解する上で、極めて重要だ。
地球は地殻・マントル・核の3つからできていますが、最大の部分がマントルです。地球の体積の83%、質量の67%を占めているマントルは、約2900キロメートルの厚さがあり、重い岩石でできていると考えられています。
マントルは高温かつ高圧の状態にあることから、溶けているわけではないが、柔らかく変形することができます。このため、地球の表面を作っている硬い岩石プレートがその上で動くことができます。プレートは数百万年という時間をかけて、割れたり、衝突したり、沈み込んだりしています。プレート運動の役割は火山の噴火や大地震を引き起こすだけではありません。岩石と海洋と大気の間で、さらに地球が育む生命体の活動によって、水や炭素、酸素などが惑星全体を循環するための重要な役割を担っています。
マントルは地球上の生命の誕生と進化の理由など、科学分野の最も根本的な疑問を解き明かす鍵を握っているかもしれません。例えば、
- モホより深い地球の内部はどんな物質でできているのか?
- 地球にプレートテクトニクスがある理由は何か?
- 地球に生命が誕生した理由は何か?
- 地球の海、生命は将来どのようになるか?
これらの疑問を解き明かすために、研究者と技術者が協力して、約6キロメートルの地殻を掘り抜き、前人未踏のマントルに到達しようとしています。
マントル掘削挑戦の歴史
マントルへ到達することは、半世紀以上の間、地球科学で最も挑戦的な課題でした。その端緒は1958年の"モホール計画"で、研究者と技術者がマントルまで穴を掘ることを試みました。8年間の努力の結果、"モホール計画"はマントルに到達できなかったものの、海底を掘削することで岩石コア試料を採取し、それを解析することで地球科学の新しい扉を開くことに成功しました。
海洋掘削科学は、地球の過去の環境や海洋の姿がどのようなものだったのかを私たちに知らせてくれました。それだけではなく、海底に溜まっている堆積物の中には、微生物による豊かな生命圏が存在することが明らかになりました。そして、より深く掘ることができ、より先鋭的な科学分析・解析が可能な掘削船を建造する機運が高まったことで、地球深部探査船「ちきゅう」が誕生しました。
「ちきゅう」によるマントル掘削
地球深部探査船「ちきゅう」はマントル掘削のために2005年に建造されました。「ちきゅう」はライザー掘削システムを備えており、科学掘削の世界最深記録である、7,740メートル(海底下3,262メートル)を持っています。マントル掘削のためには、超硬質の岩石を掘削するための刃先「ビット」のデザインやその耐久性の向上など、様々な技術をさらに進化させる必要があります。 (「ちきゅう」について詳しくは:https://www.jamstec.go.jp/chikyu/j/をご参照ください。)
挑戦の歴史の図、科学目的はマントルとは何か?モホとは何か?海洋地殻の形成と進化、地球内部の水や炭素の循環、生命とマントルとの関係を掘削で探ることで地球や生命の成り立ちと進化を理解し、未来を知る。プレートテクトニクスの謎
マントルの観測について
—地球内部と宇宙の観測データの統合
地球環境の長期的な持続性を検討するためには、多くの種類の観測データを組み合わせる必要があります。このうち、大気や宇宙の観測データは入手可能ですが、地球内部に関する観測ができていません。マントル掘削は海底からマントルに至る地球内部の環境を観測することを可能とします。マントルの観測データを、海洋、生物、大気、宇宙の観測データと統合することにより、これまでにない地球の姿と、これからどうなってゆくのかを知ることができるようになるでしょう。
マントルの観測 海洋地殻・マントルのデータと待機・海洋観測のデータを統合 マントル採掘によって所為開発となるマントルからの観測が実現する。マントルからもたらされる地球内部の情報を、大気や海洋、宇宙からの観測データと比較・統合することで、これまでに不可能であった地球システムの統一的理解を可能にする。