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プレートテクトニクス plate tectonics

翻訳|plate tectonics

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

プレートテクトニクス
plate tectonics

地球の表層をつくる薄い地殻とすぐ下のマントル上部はリソスフェアと呼ばれ低温で粘性が大きく,その下の同じ上部マントルではあるが高温で粘性が小さく流動しやすいアセノスフェアと比較すると剛体に近い。このリソスフェアは 20個近くに分かれた硬い板のように,地球表面を隙間なく覆っているのでプレートと呼ぶ。このプレートが球面上の剛体の運動を規制するオイラーの定理に従い,それぞれが変形することなく水平に回転運動をするということで,海陸の移動,地震火山山脈の形成(→火山作用)など地球上のさまざまな変動を説明する理論をプレートテクトニクスという。
1910年代,アルフレート・ロタール・ウェゲナーは大西洋両側の大陸の地形と地質の特徴から大陸移動説を提唱したが,移動の機構について不十分な点が多く,当時は広く受け入れられなかった。のちに,R.ディーツ(1961)や H.ヘス(1962)は,大陸移動はマントル対流によって起こるというアーサー・ホームズ(1928)の仮説を拡張し,海底は大洋中央海嶺で生まれ,マントル対流に乗って拡大し,やがて海溝下に沈み込むとする海洋底拡大説を展開した。この説は,海底の地殻が次々と生まれて冷却固化する際,その時の地球の磁場の方向に帯磁し,地球磁場逆転の繰り返しを記録していると考えた F.バインと D.マシュースの説(1963)によって強化され,やがて,地磁気逆転の年代尺度から海底地殻の拡大速度が見積られたり,地磁気異常の縞模様の形が変形していないことが注目され,1960年代後半には大洋底の拡大は地球表層部が剛体として移動するプレートから成り立っているというプレートテクトニクスの考えに発展した。
海底は地球表面の約 70%を占めるが,海底の地殻は厚さ 5~10kmと薄く,玄武岩質の岩石からつくられている。それに対して,大陸地殻は 20~60kmと厚いが,大部分が花崗質岩石(→花崗岩)でつくられているので海底地殻に比較して密度は小さい。海底の地形も陸地とは大きく異なり,各大洋のほぼ中央を延々と連なる比高 2000~3000mの幅広い大洋中央海嶺がある。大洋の縁には海溝またはトラフといって細長く深い溝があるが,それらは西太平洋の大陸に近いところでしかも弧状列島の前面に多い。地球上における地震の分布をみると,帯状に伸びて太平洋の周辺と東南アジアからヒマラヤを経てアルプスにいたる地域,それと大洋中央海嶺に沿って,というように比較的かぎられた地域で起こっている。火山も環太平洋,アフリカ大陸東部から地中海地域,それに大洋中央海嶺で最も活発である。このように地震と火山の分布は似ている点も多い。これらの大部分はプレートの境界で起こっている。
プレートには太平洋プレートのようにほとんど海洋部分からなるもの,ユーラシアプレートのように大部分が大陸からなるもの,北アメリカプレートのように大陸と海洋の両方の部分からなるプレートがある。プレートの境界は相接するプレートの相対運動の向きによって,発散境界,収束境界,すれちがう境界の 3種類に分けられる。
発散境界は大洋中央海嶺で,大西洋中央海嶺,東太平洋海膨などがこれにあたる。そこでは生産された海洋プレートが互いに離れていくが,それによって生じた空白を埋めるように下からアセノスフェアが上昇してくる。中央海嶺頂部には急深な裂け目ができていることが多く,直下では深度の浅い微小地震が頻発してそのことを示している。また,新しい枕状溶岩が露出していたり熱水が噴出していたりする。東太平洋海膨では頂部の裂け目はみられないが,そこでは海底拡大の速度が速く,玄武岩の供給が多いため,地形的にも勾配がゆるくなっていると考えられる。大洋中央海嶺で上昇したアセノスフェアは部分溶融してマグマを形成し,一部は海底に噴出して溶岩となり,一部は海底の近くに貫入し,マグマとともに海洋地殻をつくり,数cm/年の速度で拡大してゆく。海底は古い年代になるほど水深は増加する。
収束境界の一つは海溝にみられ,大洋中央海嶺で生産された海洋プレートはしだいに冷えて密度が大きくなり,大洋底の縁の海溝で沈み込み帯を形成し,マントルの中へ深く入り込んで消滅する。日本列島付近はその典型的な沈み込み帯といえる。プレートの沈み込みに伴い境界では巨大地震が発生してきたし,海溝の陸側に傾斜する深発地震面があってプレートの沈み込みの経過が表われている。沈み込みに伴う水分の供給からはマグマが生じ火山活動の盛んな島弧をつくる。このように海洋プレートは常に更新するので,2億年より古い海底は知られていない。もう一つは,大陸プレートが互いにぶつかる場合で,インド亜大陸がアジア大陸に衝突したのがその例である。大陸プレートの密度はアセノスフェアのそれより小さいので沈み込むことができず,衝突と圧縮によりヒマラヤのような高い山地が形成された。沈み込み帯でも海底の堆積物や火山が陸側に付加され,日本列島やアンデスのような山地をつくり,大陸の成長に寄与している。大陸の地殻は海底地殻とは異なり,38億年という古い年代を示すものもある。
すれちがう境界はトランスフォーム断層と呼ばれるもので,大洋中央海嶺をみると,頂部がしばしば直交する方向に数十kmからときには数百kmもずれている。この境界では応力やひずみが蓄積し,しばしば地震や地殻変動が起こる。北アメリカ西岸のサンアンドレアス断層がその例である。この断層は,ずれた両端の海嶺山頂の間では横ずれ運動をするが,その外側では活動的ではなくなり,地形的にかなり続いてプレートの過去の動きの方向を示している。なお,山頂のずれはこの断層に伴うずれではなく,大陸と大陸の分裂時につくられたものである(→プレート境界地震)。
いまから 2億年前,地球上はパンゲアといわれる一大超大陸になっていたが,それが分裂して今日の海陸の分布となったことはよく知られている。超大陸は周期的に離合集散を繰り返してきたとされるが,大陸の分裂と海洋の誕生,大陸の衝突による海洋の消滅など,過去の海陸の変遷あるいは未来の予測にもプレートテクトニクスは欠かせない。このように,プレートテクトニクスの理論は地球表面の運動に規則性があることや,その運動を量的に推論できるところに重要性がある。しかし,その原動力についてはまだ十分確定されているとはいえない。

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知恵蔵の解説

プレートテクトニクス

地球表層部で起こる地震、火山噴火、造山運動など、地学現象の原因やメカニズムを、地球表面を覆うプレートの水平運動で説明する考え。地球表面は厚さ約100kmの10枚余りの硬い板(プレート)で覆われていて、各プレートが違った方向に動いているため、互いの境界は離合し、衝突するか、または、ずれる。離れる部分(リフト)は中央海嶺や大地溝帯、ぶつかり合う所は海溝や大山脈で、ずれる部分がトランスフォーム断層。海底は中央海嶺で誕生し両側へと拡大、海溝から地球内部へ沈み込む。地震の発生機構と海底の拡大速度などから、プレート運動がある軸のまわりの回転運動であることが証明され、旧来の静的な地球観は覆された。プレート運動の原動力として、沈み込むプレート自身の引っ張り力や、マントル内で上昇・下降するプルームによる流動などが考えられている。ドイツの気象学者ウェゲナーが唱えた大陸移動説を裏付けた。

(斎藤靖二 神奈川県立生命の星・地球博物館館長 / 2007年)

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デジタル大辞泉の解説

プレート‐テクトニクス(plate tectonics)

地震・火山活動・造山運動などの地球表面の大きな変動は、各プレートが固有の方向に動くために、プレートの境界で起こるという学説。海洋底拡大説を基に、プレートの概念を導入して体系化された理論で、1960年代後半から発展した。プレート理論。→プルームテクトニクス

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百科事典マイペディアの解説

プレートテクトニクス

地殻運動を解明するのに,地球表面を比較的地震の起きない十数個のプレート(板)の部分と,プレート間の境界である地震帯の部分に分けて考え,海洋の中央海嶺(かいれい)からはプレートが互いに離れ,島弧や若い山脈ではプレートが互いに近づき衝突し(プレートが重なって一方が他方の下へもぐり込む),ある部分ではプレートが互いに水平方向へすべっている(トランスフォーム断層)という三つの型で説明する全地球的プレート力学。
→関連項目イスア岩体海溝海洋海洋底拡大説国際深海掘削計画深発地震世界地溝系造山運動造山帯大洋中央海嶺大陸移動説地殻熱流量テレーントラフプリュームテクトニクスホットスポットマントルマントル対流説リソスフェア

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世界大百科事典 第2版の解説

プレートテクトニクス【plate tectonics】

固体地球の表面が十数個のかたい板(プレートplate)によってすきまなく覆われていて,それらの板どうしの相対運動に基づいて板と板との境界に沿って種々の地学現象が引き起こされるとする考え。1960年代半ばまでに出そろった世界中の深海底観測結果をみると,深海底の大部分は滑らかで,堆積物はほぼ水平に積もっていることがわかった。この事実から,深海底はいったんでき上がってしまうとその内部では変形しないで,剛体板としてふるまうという考えが広まった。

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大辞林 第三版の解説

プレートテクトニクス【plate tectonics】

各プレートの動きを量的に扱い、地震現象や山脈・海溝の成因などを全地球的規模で統一的に理解しようとする学説。大陸移動説や海洋底拡大説をさらに体系化した理論で、1960年代後半から急速に発展した。プレート理論。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

プレートテクトニクス
ぷれーとてくとにくす
plate tectonics

地球表面を覆う厚さ100キロメートル程度のリソスフェアをいくつかのプレートに分割し、それらの運動や相互作用の結果として、地球上にみられるさまざまな地学現象を説明する考え。1960年代後半から爆発的に流行し、地球科学における革命とさえいわれた。大陸移動説、マントル対流説、海洋底拡大説の延長上に位置する考えで、しばしば混同もされるが、これらに比べるとプレートの運動の扱いが幾何学的にはるかに厳密である。その成立に貢献したマッケンジーDan P. Mckenzie(1942― )、パーカーRobert L. Parker(1942― )、モーガンW. Jason Morgan(1935― )、ル・ピションXavier Le Pichon(1937― )などは、いずれも当時30歳前後の若手研究者であった。[吉井敏尅]

プレートテクトニクスの幾何学

プレートテクトニクスの基本的な枠組みはきわめて単純で、地学的というよりはむしろ幾何学的である。まず、地球表面を覆う硬い層のリソスフェアを、3種類の境界によって、いくつかのプレートに分割する。中央海嶺(かいれい)はプレートが生産されて両側に拡大する形の境界、海溝は一方のプレートが他方の下に沈み込み消滅する形の境界、トランスフォーム断層は二つのプレートがすれ違う形の境界であり、これらは、地質・地形・地震活動などをもとに決められる。地球全体を何枚のプレートで覆うかは研究者によっても研究内容によっても異なるが、10枚から20枚程度が普通である。
 プレートテクトニクスでは、このようにして分割されたプレートがそれぞれの内部では大きく変形せず、剛体的に独立に運動するものと仮定する。この仮定により、地球表面に拘束された球殻であるプレートの運動は、地球の中心を通る一つの軸の周りの回転運動で表すことができる。したがって、二つのプレートの相対運動も、一つの軸の周りの回転運動となる。こうした回転運動は、回転ベクトル、すなわち回転軸の向きと回転速度によって表される。[吉井敏尅]

プレートの相対運動

プレートの運動を計算するのに必要な観測値は、主としてプレートの境界付近で得られるので、われわれがまず知ることができるのは、プレート間の相対運動である。プレートの相対運動を決めるための観測データは、中央海嶺付近でとくに多く、トランスフォーム断層の走向や地震の発震機構からは回転軸が、地球磁場の反転の歴史の化石ともいえる地磁気異常の縞(しま)模様からは回転速度が決まる。これに対し、海溝のような沈み込み型の境界では、とくに回転速度を決めるための情報が少ない。
 プレートAのプレートBに対する相対運動を、回転ベクトルωABで表すことにしよう。いま、AからNまであるプレートがそれぞれ剛体的に運動するならば、相対運動の回転ベクトルのループは閉じており、ωAB+ωBC+……+ωNA=0という関係が成り立つ。すなわち、相対運動を決めにくい沈み込み型のような境界でも、相対運動のよくわかるプレートを中継ぎにしてループをつくることができれば、この関係を用いて相対運動を知ることができる。日本列島の下には太平洋プレートが年10センチメートル程度の速度で沈み込んでいるとされているが、これも北アメリカプレートなどを中継ぎにして計算されたものである。プレートの相互作用によりさまざまな地学現象を説明するプレートテクトニクスにおいては、プレートの境界は活発な変動帯にほかならない。したがって、そこでの相対運動を正しく決めることは、変動帯の研究にとってきわめて重要である。[吉井敏尅]

プレートの実体

プレートを剛体の球殻と考え、その相対運動を幾何学的に扱うだけなら、プレートが何でできているかは問題にならない。しかし、1970年代になってプレートテクトニクスの議論がより広く深くなるにしたがい、プレートの実体についての研究が盛んになった。プレートはリソスフェアを分割したものであるから、結局はリソスフェアの実体ということになる。
 リソスフェアの定義としては、地震波の上部マントル低速度層より上の部分とするのが、現在では一般的である。この低速度層は、マントルを構成する岩石が部分溶融していると考えられており、いわゆるアセノスフェアに相当する。低速度層までの深さ、すなわちプレートの厚さにはかなりの地域差がある。とくに、海洋地域のプレートには年代とともにその厚さを増すという著しい特徴があり、中央海嶺で形成されたときはきわめて薄く、1億年後には100キロメートル程度にまで成長すると考えられている。海洋地域では海底年代の増加に伴って、水深の増加や地殻熱流量の減少など、上部マントルが冷却していく過程を表す現象が観測されている。一方、大陸地域においては、低速度層が明瞭(めいりょう)でないことも多く、プレートの実体はややあいまいである。海洋地域と同じような冷却の過程が認められるとされているが、その時間スケールはほぼ一桁(けた)長い。[吉井敏尅]

プレート運動の原動力

プレートがなぜどのような力により動くのかは、まだ完全には解決されていない大問題である。海洋底拡大説の時代には、いわゆるマントル対流が原動力とされることが多かったが、実際のプレートの動きを説明するためには、きわめて不自然な形の対流を考えなければならないという欠点があった。現在では、プレートがその下のアセノスフェアよりわずかに大きな密度をもつことによる重力的な不均衡が、原動力としてもっとも有力視されている。これも一種の対流と考えられなくもないが、プレートの存在そのものが対流の原因となっており、対流に乗ってプレートが移動すると考える古典的なマントル対流とはかなり異なった形のものである。[吉井敏尅]

日本列島とプレートテクトニクス

日本ではプレートテクトニクスというと、海溝でのプレートの沈み込みとそれに伴う地震が強調されがちだが、本来は全地球を考えたより大きな考えであることに注意しなければならない。
 20世紀末ごろより、北アメリカ大陸西岸やアジア大陸東岸が、プレートによって運ばれた地塊の吹きだまりであるとする考えが注目され、付加テクトニクスなどとよばれている。この考えによれば、日本列島の大部分もこうした付加地塊により成り立っているという。日本列島の移動により日本海が形成されたとする説とともに、日本列島形成に関する今後の研究に大きな影響を及ぼすことになろう。
 超長基線電波干渉計(VLBI)や全地球測位システム(GPS、汎(はん)地球測位システム)など新しい宇宙測地技術により、プレートの運動が短時間で直接実測できるようになった。
 プレートテクトニクスは地球の表面に近い深さ数百キロメートルまでの地殻やマントルの運動によって地学現象を説明するものであるが、これに加えて1990年代初めごろより、マントル全体に及ぶ大規模な上昇・下降の流れ(プリューム)によってより大規模で長い年代にわたる地球の変動を説明する「プリュームテクトニクス」という考えが登場してきた。[吉井敏尅]
『河野長著『地球科学入門――プレート・テクトニクス』(1986・岩波書店) ▽上田誠也著『プレート・テクトニクス』(1989・岩波書店) ▽瀬野徹三著『プレートテクトニクスの基礎』『続 プレートテクトニクスの基礎』(1995、2001・朝倉書店)』

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世界大百科事典内のプレートテクトニクスの言及

【海】より

…前述のごとく大陸からは堆積作用のあったことを示す38億年前の岩石が見つかっているのに,海洋底の岩石は最も古いもので2億年前のものである。これはプレートテクトニクスによれば,中央海嶺で新しい海洋底地殻がつくられ,年間数cm~十数cmの速さで移動してゆき,海溝で再び地球内部にもぐりこむことで説明される。このことは海底の堆積物の厚さが海嶺付近で薄く,海溝に近づくにつれ厚くなること,あるいは海底の縞状磁気異常などから確かめられる。…

【地震】より

…太平洋をとりまく環太平洋地震帯とインドネシアからミャンマー,ヒマラヤ山脈,中東を経て地中海地方へ至るユーラシア地震帯の存在は19世紀から知られていたが,大洋の底を延々と連なる地震帯の詳細が明らかになったのは20世紀半ば以降である。 これらの地震帯は,プレートテクトニクスという学説におけるプレートの境界とその付近に当たる。この学説によれば,地球の表層を構成する厚さ数十ないし100km程度の固い部分(地殻と最上部マントル)は,ユーラシアプレート(その日本に近い部分は中国プレートと呼ばれる),太平洋プレート,北アメリカプレートというようにいくつかのプレートに分かれて,それぞれ水平方向に動いている。…

※「プレートテクトニクス」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

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