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イランの南東部、ザグロス山脈の東の端からオマーン湾に面したマクランの海岸にかけての地下で、沈み込んだプレートが2か所から裂けている。中国科学院地質学・地球物理学研究所の Haiqiang Lan さんを筆頭とする17人のチームが、この地域に置いた地震計の記録から地下の立体像を作り、裂け目を2つ見つけた。1つは密度の違いで剥がれ落ちた裂け目、もう1つはプレートの動きそのものが引き裂いた裂け目で、2つは性質が違う。論文は11月4日に Nature Geoscience に載った。
海が閉じて大陸がぶつかる、その途中
イランの南に、かつてネオテチス海という海があった。アラビア半島とユーラシア大陸の間に広がっていたこの海は、海底を作っていた海洋プレートがユーラシアの下へ沈み込むことで、少しずつ狭まってきた。海洋プレートは玄武岩でできていて重く、薄い。だから沈む。いっぽう、その後ろから運ばれてくるアラビア半島の大陸地殻は、花崗岩質で軽く、厚い。こちらは沈みたがらない。海がすっかり閉じて大陸どうしが向き合うと、軽い大陸地殻はマントルに潜るのを拒み、ぶつかった場所が盛り上がって山になる。
海ができて広がり、やがて閉じて大陸が衝突する。この大きな繰り返しを地質学ではウィルソン・サイクルと呼ぶ。イランの南はいま、その「海洋の沈み込みから大陸の衝突へ」という切り替わりの最中にある。しかも、同じアラビアプレートの上で、場所によって段階が違う。西のザグロス山脈では大陸どうしがすでにぶつかっている。東のマクランでは、ネオテチス海の最後の名残の海底が、まだユーラシアの下へ沈み込み続けている。1枚のプレートの中に、衝突の最中の部分と沈み込みの最中の部分が隣り合っているわけだ。
こういう切り替わりの時期に、沈み込んだプレート（スラブ）がちぎれて落ちる「スラブの剥離」が起きると考えられてきた。剥離が起きると、上に乗ったプレートの変形のしかたも、マグマの出方も変わる。ただ、深いところの構造を見る観測が少なく、切り替わりの最中に何が起きているのかは、はっきり分かっていなかった。
69か所の地震計で地下を透視する
チームが使ったのは、南東イランに置いた69か所の地震観測点の記録だ。2017年3月から2018年9月までの間に、遠くで起きた地震の波がこの観測網をどう通り抜けたかを調べた。地震波は、通る岩石の温度や密度によって速さが変わる。冷たくて硬いプレートの中では速く、熱くて柔らかいマントルの中では遅い。たくさんの地震について、たくさんの観測点で到着の時刻を測り、それを組み合わせると、地下のどこに速い場所と遅い場所があるかを立体的に描ける。病院のCTが体の断面を描くのと同じ考え方で、地震波トモグラフィーと呼ばれる。
できあがった像の中で、沈み込んだ海洋プレートは「速い」領域として浮かび上がる。チームは、このP波（縦波）の速度の立体像を、地形と重ねて読み解いた。
裂け目は1つではなく、2つあった
像が示したのは、まず東西の違いだった。東のマクラン沈み込み帯では、海洋のリソスフェア（プレートを作る硬い層）が途切れずに、少なくとも深さ450キロメートルまで沈み込んでいた。ところが西隣のザグロス衝突帯では、大陸のリソスフェアは300キロメートルより深くには沈んでいなかった。軽くて厚い大陸地殻が、それ以上は潜らずに踏みとどまっている形だ。
沈み続ける部分と、途中で止まった部分が、1枚のプレートの中で隣り合っている。その境目には無理がかかる。論文によれば、ザグロス側とマクラン側の境目では、プレートが東から南へ向かって裂けていて、沈んだ部分が剥がれ落ちている。これが1つ目の裂け目で、海洋と大陸という岩石の密度の違いが作ったものだ。
2つ目の裂け目は、別の場所から始まっていた。マクラン海溝と、ザグロスとマクランの間を走る横ずれの境界（トランスフォーム境界）が接する地点だ。チームはここで生まれた裂け目が、大陸のプレートが北へ進むにつれて南へ伸びてきたとみている。こちらは岩石の軽い重いの差ではなく、プレートの動きそのものが引き裂いたものだと、ScienceAlert の紹介記事は研究チームの見方を伝えている。
裂け目が見つかること自体は、ほかの地域でもある。珍しいのは、性質の違う2種類の裂け目が、同じ場所で、同じ時期に、同時に見えていることだ。論文はこの共存を、海洋の沈み込みから大陸の衝突への「短命な初期の移行」を切り取ったまれなスナップショットだと表現している。そして2つの裂け目は、このまま進めば出会う。2つはそれぞれ独立に始まったが、間に挟まった大陸と海洋の境目の部分は、裂けるにつれて少しずつ食いつぶされていく。そのつながりが進めば、いずれ2つの裂け目はひとつに合わさる、というのがチームの見通しだ。
裂けた隙間に、何が入り込むか
上の絵は研究の内容をもとにした想像図で、実際の地震波速度の図は出典の論文ページで見られる。沈み込んだプレートに穴が開くと、その下にあった熱いマントルが隙間から上がってくる。ScienceAlert によれば、裂け目が作った隙間の一部には、すでに熱いマグマが入り込みはじめているらしい。2つの裂け目が広がり、やがて合わさったとき、この地域の火山活動にどんな影響が出るのかが、チームが次に挙げる問いになっている。
ただし、裂け目が合わさるのは数百万年という時間の先の話で、人の暮らしに直接かかわる速さではない。この研究の値打ちは、未来の予測よりも、めったに観測できない「切り替わりの瞬間」の内部構造が、いま目の前のイランの地下に見えていることのほうにある。海が閉じて大陸がぶつかる過程で、スラブはどこから、どんな順序でちぎれていくのか。深さ数百キロメートルの像を見ながらその問いを考えられる場所は、そう多くない。
なお、今回の裂け目の像は地震波の速度の分布を解釈したもので、スラブそのものを直接見たわけではない。像の解像度や解釈には幅があり、著者らも「証拠と解釈する」という書き方をしている。この研究の資金は中国国家自然科学基金が出していて、著者にはイラン地質調査所の研究者も加わっている。
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