プレートテクトニクス

地殻を構成するプレート群 色分けされた領域が一枚のプレートである。例えば太平洋プレートは肌色で示されている。

プレートテクトニクス（plate tectonics）は、プレート理論ともいい、1960年代後半以降に発展した地球科学の学説。地球の表面が下図に示したような何枚かの固い岩板（プレートと呼ぶ）で構成されており、このプレートが対流するマントルに乗って互いに動いていると説明される。

プレートとは

地球の内部構造 薄い地殻の下に上部マントルと下部マントルがあり、中心部の白っぽい部分は核。プレートは地殻と上部マントルの最上部が一体となった岩板

地球は半径約6,500kmであるが、その内部構造を物質的に分類すると外から順に下記のようになる。

1. 深さ約10km～30kmまで : 地殻
2. 深さ約670kmまで : 上部マントル
3. 深さ約2,900kmまで : 下部マントル
4. 深さ約5,100kmまで : 外核（外部コア）
5. 中心 : 内核（内部コア）

地殻とマントルは岩石で構成されており、核は金属質である。マントルを構成する岩石は地震波に対しては固体として振舞うが、長い時間単位で見れば流動性を有する。その流動性は深さによって著しく変化し、上部マントルの最上部（深さ約100kmまで）は固くてほとんど流れず、約100km～400kmまでの間は比較的流動性がある。地殻と上部マントル上端の固い部分を合わせてリソスフェア（岩石圏）と呼び、その下の流動性のある部分をアセノスフェア（岩流圏）と呼んで分類する。この厚さ約100kmの固いリソスフェアが地表を覆っているわけであるが、リソスフェアはいくつかの「プレート」という巨大な板に分かれている。

地球表面が2種類のプレート群からなっていることは、地球表面の高度や深度の分布の割合にもあらわれている。地球表面は大陸と大陸棚からなる高度1,500m～深度500mの部分と、深度2,000m～6,000mの海洋底と呼ばれる部分が多く、その中間である深度500m～2,000mの海底は割合が少なくなっている。

プレートの動き

プレートの境界（Illustration by Jose F. Vigil. USGS)

プレートはその下にあるアセノスフェアの動きに乗っておのおの固有な運動を行っている。アセノスフェアを含むマントルは定常的に対流しており、一定の場所で上昇・移動・沈降している。プレートはその動きに乗って移動しているが、プレート境界部では造山運動、火山、断層、地震等の種々の地殻変動が発生している。プレートテクトニクスはこれらの現象に明確な説明を与えた。

大局的なプレートの運動は、すべて簡単な球面上の幾何学によって表される。また、局地的なプレート運動は平面上の幾何学でも十分に説明しうる。3つのプレートが集合する点（トリプルジャンクション）は、それらを形成するプレート境界の種類（発散型・収束型・トランスフォーム型）によって16種類に分類されるが、いずれも初等幾何学でその安定性や移動速度・方向を完全に記述することができる。

一般にプレートの運動は、隣接する2プレート間での相対運動でしか表されない。しかし、隣接するプレートの相対運動を次々と求めることで、地球上の任意の2プレート間の相対運動を記述することができる。近年では、準星の観測を応用したVLBIと呼ばれる方法やGPSによって、プレートの絶対運動も理解され始めている。

発散型境界

マントルの上昇部に相当し、上の冒頭図では太平洋東部や大西洋中央を南北に走る境界線に相当する。この境界部は毎年数cmずつ左右に拡大している。開いた割れ目には地下から玄武岩質マグマが供給され新しく地殻が作られている。この部分は海洋底からかなり盛り上がっており、（中央）海嶺と呼ばれている。また、その付近にはチムニーと呼ばれる熱水の噴出し口も多数見つかっている。

発散型境界は、（中央）海嶺が有名だが、陸上にも存在する。アフリカの大地溝帯やアイスランドなどが知られている。双方とも大規模な正断層が発達している。

収束型境界

沈み込み型：海洋－大陸

沈み込み型：海洋－海洋

衝突型

上図の日本周辺やインド北部に相当。

沈み込み型

東北日本の東の海中では、約1億年前に太平洋東部で生まれた太平洋プレート（比重の大きい海洋プレート）が東北日本を載せた北アメリカプレート（比重の小さい大陸プレート）に衝突している。重い太平洋プレートは軽い北アメリカプレートにぶつかって、斜め下 40～50°の角度で沈み込んでいる。プレートが衝突して沈み込む部分は海溝となり、衝突した岩盤が互いに動くことで地震が発生する。地下深く沈んだ太平洋プレートから分離された水が周辺の高温岩石と反応して溶解させてマグマを発生し、多くの火山を生成する。太平洋プレートに衝突され押された北アメリカプレートは、圧縮応力を受けてひび割れたくさんの断層が発生し、北上山地などが生まれた。また、海嶺で作られて以来、長い時間をかけて海の底を移動してきたプレートには、チャート、石灰岩、砂岩、泥岩といった多くの堆積物が載っているため、プレートが沈み込む際に陸側のプレートに張り付く現象が起こることがある。これを付加と言い、そうしてできたものを付加体と呼ぶ。日本列島もこのようにしてできた部分が多い。

衝突型

現在でも活発で大規模な大陸衝突が起きているのはヒマラヤだけである。元来南極大陸と一緒だったインドプレートが分離・北上して、約4,500万年前にアジアプレートと衝突しそのままゆっくり北上を続けている。大陸プレート同士の衝突のため、日本近海のような一方的な沈み込みは生起せずインドプレートがユーラシアプレートの下に部分的にもぐりこみながら押し上げている。その結果8,000m級の高山が並ぶヒマラヤ山脈や高大なチベット高原が発達した。規模は小さいながらも衝突運動が現在でも進行している地域としては、ニュージーランド（南島）や台湾が挙げられる。これらは世界で最も速く成長している山地であり、台湾の隆起速度は海岸線でも年間5mmを超える。日本においては、日高山脈や丹沢山地が衝突型造山帯である。特に丹沢山地は伊豆半島の衝突によって出来たものであり、この衝突過程は現在も進行中である（日高は活動を終えている）。過去の大規模な大陸衝突の跡は多く見つかっている。有名なものは、ヨーロッパアルプス、アパラチア山脈、ウラル山脈などだろう。大陸衝突の過程には未知の部分が非常に多く残っている。その理由は、沈み込み型境界では、深部で発生する地震の位置から地下のプレート形状を推定できるのに対して、大陸衝突帯では深部で地震が発生しないからである。

トランスフォーム型境界

詳細はトランスフォーム断層を参照

すれ違う境界同士の間では、明瞭な横ずれ断層（トランスフォーム断層）が形成される。アメリカ西部のサンアンドレアス断層やトルコの北アナトリア断層などが有名で、非常に活発に活動している。

サンアンドレアス断層は大陸上にあるが、一連の海嶺の列（大西洋中央海嶺や東太平洋海嶺など）の間で個々の海嶺と海嶺をつなぐものが多数を占める。

理論上は、2プレート間の相対運動軸を通る大円に直交し、海嶺とも直交する。

プレートテクトニクス理論の発達

ゴンドワナ大陸と古生物の化石の分布の関係 Cynognathus（橙）とLystrosaurus（茶）は三畳紀に分布した陸棲の単弓類。Cynognathusは体長3mに達した。Mesosaurus（青）は淡水性の爬虫類。Glossopteris（緑）はシダ類であり、南半球すべてで化石が見つかっていることから、南半球の大陸が一続きであったことを示唆する。以上の互いに補強しあう証拠から現在の大陸が図中のように結合してゴンドワナ大陸を形成していたという仮定には妥当性がある。

1912年にドイツのアルフレート・ヴェーゲナー（Alfred Wegener）が提唱した大陸移動説は、かつて地球上にはパンゲア大陸と呼ばれる一つの超大陸のみが存在、これが中生代末より分離・移動し、現在のような大陸の分布になったとするものである。その証拠として、大西洋をはさんだ北米・南米とヨーロッパ・アフリカの海岸線が相似である上、両岸で発掘された古生物の化石も一致することなどから、元は一つの大陸であったとする仮説であった。

当時の人には大陸が動くこと自体が考えられないことであり、さらにヴェーゲナーの大陸移動説では、大陸が移動する原動力を地球の自転による遠心力と潮汐力に求め、その結果赤道方向と西方へ動くものとしており、この説明には無理があった。

それまでの通説は、古生代までアフリカ大陸と南アメリカ大陸との間には狭い陸地が存在するとした陸橋説であったが、これはアイソスタシー理論によって否定された。また、移動の原動力についての問題を解決したのが、地球内部の熱対流に求めた1929年のアーサー・ホームズ（Arthur Holmes）によって発表されたマントル対流説である。その後1960年代にロバート・ディーツ（Robert S. Dietz）が海洋底拡大説を唱え、それら全てをまとめたテュゾー・ウィルソン（John Tuzo Wilson）によって、1968年プレートテクトニクスとして完成した。

プレートテクトニクスの証拠

中央海嶺と周囲の磁化された岩石の分布 溶岩はキュリー点を下回ると同時に磁化され、磁区の方向がそろう（熱残留磁気）。一方、地球の磁場が何度か逆転したことは、火山研究から生まれた古地磁気学により実証されている。中央海嶺周辺の岩石を調べると、海嶺と並行して磁化の方向が現在と同じ部分（着色部）、逆の部分（白）が左右に同じパターンをなして並んでいる。以上の証拠から、海洋底が中央海嶺を中心に拡大したことが推論できる。

地球は、地表を覆う地殻、その下のマントル、そして中心にある核の3つに分けられる。マントルは大きくは上部マントルと下部マントルに分かれる。その上部マントルは最上層、低速度層（アセノスフェア、岩流圏）、遷移層に分けられる。下部マントルはメソスフェア（固い岩石の層）と呼ばれる。

地殻とマントルの最上層を合わせてプレート（リソスフェア、岩石圏）と呼ばれる。プレートは大きく見ると十数枚に分けることができるが、それぞれのプレートは対流していると推定されるアセノスフェアの上に乗った状態になっており、アセノスフェアの対流によって、それぞれ固有の方向へ年に数cmの速さで動かされることになる。この結果、プレートどうしがぶつかり合うことになり、さまざまな変動を起こしている。

1950年代に入ってから、地球物理学の分野で各大陸の岩石に残る古地磁気を比較することで、磁北移動の軌跡を導き出し、その考察の結果を受けて、海洋底拡大説を基に、大陸移動説のプレートの概念を導入して体系化されていった。

海嶺はプレートが生産され左右に広がっている場所であるが、海嶺周辺の地磁気を調査したところ、数万年毎に発生する地磁気の逆転現象が海嶺の左右で全く対称に記録されており、海嶺を中心として地殻が新しく生産されている証拠とされた(ヴァイン・マシューズのテープレコーダーモデル)。一方の海溝では、日本海溝に第一鹿島海山が沈み込んでいる様子なども観察されている。

またこれら地学的な現象のみならず、陸上古生物の分布状況なども、「大陸が動いて離合集散した」状況証拠とされている。

プレートの一覧

詳細はプレートを参照

7つの大きなプレートといくつかの小さなプレートのあることが知られている。

• ユーラシアプレート　ユーラシア大陸や日本など
• 北アメリカプレート　北アメリカ大陸やオホーツク地方など
• 太平洋プレート　太平洋
• フィリピン海プレート　フィリピン海
• インドプレート　インド半島
• オーストラリアプレート　オーストラリア
• アラビアプレート　アラビア半島
• アフリカプレート　アフリカ大陸や大西洋南東部など
• 南アメリカプレート　南アメリカ大陸や大西洋南西部など
• スコシアプレート　大西洋南部
• ナスカプレート　ペルー沖
• ココスプレート　中米沖（太平洋側）
• ファンデフカプレート　アメリカカリフォルニア沖
• カリブ海プレート　カリブ海
• 南極プレート　南極大陸など

過去に存在したプレート

• イザナギプレート
• クラプレート
• ファラロンプレート
• バンクーバープレート

関連項目

ウィキメディア・コモンズには、プレートテクトニクスに関連するマルチメディアおよびカテゴリがあります。

• プルームテクトニクス
• ホットスポット (地学)
• 地磁気
• 地向斜

外部リンク

• プレート・テクトニクスとは（地球資源論研究室）
• 「Plate tectonics」 - Encyclopedia of Earthにある「プレートテクトニクス」についての項目（英語）。