どうしてカナダの一部で重力が「失われた」のでしょうか?

重要なポイント

40 年以上にわたり、科学者たちはカナダの大部分、特にハドソン湾地域で重力が「失われた」原因を解明しようと試みてきました。言い換えれば、ハドソン湾地域とその周辺地域の重力は世界の他の地域よりも低いということです。この現象は、地球の全球重力場が図示されていた 1960 年代に初めて確認されました。

この異常を説明するために 2 つの理論が提案されています。しかし、それらを検討する前に、まず何が重力を生み出すのかを考えることが重要です。基本的なレベルでは、重力は質量に比例します。したがって、ある領域の質量を何らかの方法で小さくすると、重力も小さくなります。重力は地球のさまざまな場所で異なる場合があります。私たちは通常、地球を球だと考えていますが、実際には、地球は赤道で膨らみ、極では自転により平らになります。地球の質量は比例して広がるわけではなく、時間の経過とともに位置が移動する可能性があります。そこで科学者たちは、ハドソン湾地域の質量がどのように減少し、この地域の重力低下に寄与したかを説明するために 2 つの理論を提案しました。

ある理論は、地球のマントル内で発生する対流として知られるプロセスに焦点を当てています。マントルはマグマと呼ばれる溶けた岩石の層で、地表から 60 ～ 124 マイル (100 ～ 200 km) の深さに存在します。マグマは非常に高温で、常に渦を巻いたり移動したり、上昇したり下降したりして対流を引き起こします。対流は地球の大陸プレートを下に引き込み、その領域の質量が減少し、重力が減少します。

ハドソン湾地域の重力喪失を説明する新しい理論は、現在のカナダと米国北部の大部分を覆っていたローレンタイド氷床に関するものです。この氷床の厚さはほとんどの部分で 2 マイル (3.2 km) 近くあり、ハドソン湾の 2 つの地域では厚さ 2.3 マイル (3.7 km) でした。それはまた非常に重く、地球に負担をかけました。ローレンタイド氷床は 10,000 年かけて溶け、10,000 年前についに消滅しました。それは地球に深い凹みを残しました。

何が起こったのかをよりよく理解するには、ケーキや非常に弾力のあるパンの表面を指で軽く押したときに何が起こるかを考えてください。一部が横にずれて凹みがあります。しかし、指を離すと元の状態に戻ります。同様のことがローレンタイド氷床でも起こったと理論は提案している。ただし、地球はあまり「跳ね返る」のではなく、非常にゆっくりと（年間0.5インチ未満）反発している点が異なる。一方、ハドソン湾周辺の地域では、地球の一部が氷床によって側面に押しやられているため、質量が減少しています。質量が小さいということは、重力が小さいことを意味します。

では、どの理論が正しいのでしょうか？両方ともそうだということが分かりました。対流と氷床の反発効果の両方が、ハドソン湾周辺の重力の一部の減少を引き起こしています。まず、氷床理論について考えてみましょう。

ローレンタイド氷床の影響を計算するために、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの科学者たちは、2002 年 4 月から 2006 年 4 月の間に重力回復・気候実験 (GRACE) 衛星によって収集されたデータを使用しました。 GRACE 衛星は高度に洗練された機械で、地球の周囲を周回しています。地球上空 310 マイル (500 km)、距離は 137 マイル (220 km)。衛星はミクロンまでの距離を測定できるため、わずかな重力の変化を検出できます。先頭の衛星がハドソン湾地域の上空を飛行すると、重力の減少により衛星は地球および姉妹衛星からわずかに遠ざかります。この距離の変化は衛星によって検出され、重力の変化を計算するために使用されます。検出されたシフトは、重力場のマップの作成にも使用できます。

GRACE データにより、科学者たちは、ローレンタイド氷床に覆われていた最終氷期のハドソン湾の様子を近似した地形図を作成することができました。これらの地図では、ハドソン湾の西側と東側にある 2 つの膨らんだ領域など、この地域に関する興味深い特徴がいくつか明らかになりました。そこでは氷がシートの他の部分よりもはるかに厚かったのです。現在、重力が枯渇した湾の他の部分よりも重力が低くなっている。

もう 1 つの重要な発見は、GRACE データから得られました。氷床理論は、ハドソン湾とその周辺地域の重力変動の 25 ～ 45 パーセントしか説明していないことが判明しました。この地域の重力信号から「リバウンド効果」を差し引くと、科学者らは、重力変動の残りの 55 ～ 75 パーセントは対流による可能性が高いと判断しました。

ハドソン湾地域では、長期にわたって重力が低下することになります。地球が元の位置に戻るには 650 フィート以上跳ね返る必要があり、それには約 5,000 年かかると推定されています。しかし、リバウンド効果はまだ見られます。世界中で海面が上昇しているが、ローレンタイド氷床の重みから陸地が回復し続けているため、ハドソン湾沿岸の海面は低下している。

カナダの重力異常をめぐる謎は解明されたが、この研究はより広い意味を持っている。ハーバード・スミソニアン・センターの研究に参加した科学者たちは、2万年前の地球の様子を見ることができたことに驚いた。また、氷床の反発効果の影響を分離することで、研究者は、対流が重力にどのように影響するか、大陸が時間の経過とともにどのように変化するかをより深く理解できるようになります。最後に、GRACE 衛星は科学者に多くの氷床と氷河に関するデータを提供しました。科学者たちは、数千年前に起こった気候変動を調べることで、地球温暖化と海面上昇が今日の地球にどのような影響を与えているか、そしてそれらが私たちの将来にどのような影響を与えるかについて、より深い理解を得ることができるかもしれません。

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