アイスランドマントルプルームの崩壊と再活性化

北大西洋の下に隠れた熱

アイスランドの南、波のはるか下方にある地球深部の上昇する熱い岩石の柱は、ゆっくりと脈打つブロートーチのように振る舞っています。この「マントルプルーム」はアイスランドを造り、数千万年にわたって海底を形づくってきました。しかしこれまで、プルームが安定して燃え続けていたのか、それとも時間とともに明滅していたのかは分かっていませんでした。本研究では大西洋の海底を掘削し、古い溶岩に閉じ込められた化学的手がかりを読み取ることで、アイスランドのプルームが劇的に弱まり、再び活性化して海底や海洋循環の経路さえ変えたことを示しています。

海の過去へ掘り進む

この深部地球エンジンの履歴をたどるため、研究者たちは掘削船JOIDES Resolutionを用いてアイスランド南方の海底に沿った5地点から火成岩を回収しました。各穴は固い岩盤に100メートル以上も達しており、位置は中央大西洋海嶺から離れるプレート運動の軌跡に沿っています。プレートが既知の速度で広がるため、海嶺からの距離は地殻の年代を示し、現在の海嶺近くでは約300万年、遠ざかるほど約3200万年前に遡ります。ある地点はV字形の尾根や溝が長く伸びる滑らかで厚い地殻上にありこれはプルーム活動に結びつく一方、最古の地点は起源が議論されてきた粗く断裂した地殻上に位置します。

冷え固まった溶岩に刻まれた化学的指紋を読む

研究チームは玄武岩のガラス質縁部内にある希土類元素などの元素変動やネオジム同位体比を細かく測定し、さらに地殻厚を示す既存の地震探査データと組み合わせました。これらの化学パターンはマントル源の温度計とDNA検査のように機能します：より高温で強いプルームシグナルは厚い地殻と特定元素に富む溶融を生み、より冷たく通常のマントルは薄い地殻と元素が枯渇した溶岩をもたらします。掘削コア試料を異なる緯度の中央大西洋海嶺から直接引き上げられた溶岩と比較することで、プルームの影響がいつ強く、いつ弱く、あるいは不在であったかを時間を通じて読み取ることができました。

プルームが消えかけたとき

最も古い掘削地点は約3200万年前に形成され、現在およそ北緯60°付近にありますが、ここが重要な手がかりとなりました。この地点の溶岩は、アイスランドの「ホットスポット」域外にある遠方の中央大西洋海嶺のものとよく一致しました。記録は比較的低いマントル温度、約6キロメートルという典型的な地殻厚、そしてプルーム由来物質の明瞭な化学的指紋の不在を示しています。それにもかかわらず、この地殻は当時プルーム中心があったと考えられる場所の近くで形成されました。最も単純な説明は、かつて大きかったプルーム頭が大幅に縮小し、アイスランドへ引き戻され、北大西洋の大部分が通常のマントル条件に置かれたということです。海底イメージングは、この時期に薄く断裂した地殻への移行や大きなトランスフォーム断層の成長が見られたことを示しており、これは下部の熱エンジンが弱まった表面兆候です。

海嶺の下での再覚醒

一方、約1400万〜300万年の若い地点はV字形の尾根や溝上に位置し、まったく異なる物語を語ります。これらの溶岩は特定の元素に富み、モデリングはそれらが周囲より最大で約50〜100°C高いマントルから形成され、より厚い地殻を生んだことを示しています。これはプルーム影響の再燃を示す明白な証拠です。パターンは、崩壊後にプルームの影響域が再び拡大し、拡がる海嶺が徐々にプルームの狭い尾へ向かって移動したことを示唆します。アイスランドの下から熱い物質が海嶺に流れ込み遭遇すると、余分な融解のパルスが生じ、レイキャネス海嶺を挟むV字形の尾根を形成しました。同位体の微妙な変化は、プルーム内部で再循環した海洋地殻とより枯渇したマントルとの混合比が時間とともに変化したことも示唆しています。

深部地球の脈動が重要な理由

これらの証拠を総合すると、アイスランドのマントルプルームは一定で不変の熱源ではないことが明らかになります。むしろ地質学的時間で呼吸するように振る舞い、北大西洋を開いた初期の噴出の後、その影響は弱まり本地域では約3200万年前にほとんど消失し、その後より近年に回復・強化されました。この盛衰パターンは海底の厚さや構造、断層や尾根の配置、そして海流や気候に影響する重要な海峡の深さまで変えた可能性があります。専門外の方への要点は、地球の深部は教科書的な単純な「ホットスポット」よりもはるかに動的で変化しやすいということであり、海底を掘削して溶岩化学を解読することで、数千万年にわたるマントルの脈拍を再構築できるということです。

引用: Pearman, C., Tien, CY., White, N. et al. Collapse and resurgence of the Iceland mantle plume. Nat Commun 17, 4104 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71618-2

キーワード: アイスランドのマントルプルーム, 北大西洋の海底, マントル対流, 中央海嶺火山活動, プレートテクトニクス