地球のマントルまで穴を掘ることができますか?

重要なポイント

幼い頃、家族に海岸への旅行に連れて行ってもらった人なら、プラスチック製のシャベルで濡れた砂を掘る爽快な感覚を覚えているでしょう。穴がどんどん大きくなるにつれて、このまま掘り続けたらどうなるだろうかと自然に考えました。どのくらい深くまで入ることができましたか？姉や弟があなたを信じさせようとしたように、あなたは本当に最終的に中国のどこかの地面から現れるでしょうか？残念ながら、あなたはそれを知る必要はありませんでした。なぜなら、あなたがいくつかの本当の進歩を始めたちょうどそのとき、ビーチパラソルを準備し、アイスクリームコーンを買いに行き、機械式ポニーに10セント乗る時が来たからです。遊歩道の上で。しかし、それでも、心のどこかで、誰かが本当に本当に深い穴を掘ったらどうなるだろうかと考え続けています。

そうですね、2012 年のモホール・トゥ・ザ・マントル計画を自称する科学者の国際チームがその探求に成功したとしても、もう心配する必要はないかもしれません。彼らは、日本の深海掘削船「ちきゅう」が太平洋の底に潜り、これまで誰も行ったことのないほど深く掘削するという10億ドルの取り組みに対する国際的な支援を期待している。計画は、地球の岩石の最上層である地殻を貫通することである。地殻の厚さは陸上では18～37マイル（30～60キロメートル）だが、最も薄いところではわずか3マイル（5キロメートル）程度である。海底の斑点。

子供の頃の空想とは異なり、科学者たちは地球を貫くトンネルを掘るという野心は持っていません。おそらくそれはおそらく不可能です。たとえ崩壊しなかったとしても、地球内部の膨大な熱と圧力により、そのような通路を這って下るのは不可能だからです。しかし、私たちが比較的ほとんど知らない層であるマントルに到達し、サンプルを回収するだけでも、地質学版の月面着陸と呼ぶ人もいるほど大きな科学的成果となるでしょう。この記事では、このような深い穴を掘ることの難しさと、そこから何が得られるのかを説明します。

地球のマントルとは何ですか?

100 年ほど前、私たちはその境界が存在することさえ知らなかったことを考えると、モホを掘削するために 10 億ドルを費やしているかもしれないと考えるのは驚くべきことです。 1909 年、クロアチアの研究者アンドリヤ モホロヴィチッチは、地球の内部約 20 マイル (50 km) では、地震によって引き起こされた波が地表近くよりも速く伝わることを発見しました。科学者たちは地球には地層があるという漠然とした概念をすでに持っていましたが、モホロヴィチッチの研究は、地殻とその下の層との間には明確な境界があり、異なる組成と物理的特性を持つことを示唆しました。彼に敬意を表して、私たちは現在その境界をモホと呼んでいます 。

それ以来、科学者たちは、地球の体積の 83 パーセント、質量の 67 パーセントに相当するモホの下にある層であるマントルについて、もう少し詳しく知ることに成功しました。これを理解する最も簡単な方法は、地球をチョコレートのエクレアとして考えることです。グレーズをかけたチョコレートと焼き上げた生地の厚い外層はしっかりしていますが、弾力があります。それが地殻です。しかし、その下には、粘性のある、ネバネバしたものがたくさんあります。もちろん、地球はクリームで満たされているわけではないので、これは限定された例え話です。その代わりに、マントルはマグマと呼ばれる溶けた流動性の岩石でできています。そのマグマの一部は火山によって放出されるため、マントルの上部、つまり上部 620 マイル (1,000 キロメートル) ほどの部分では、大部分がシリコン、マグネシウム、鉄の酸化物で構成されているようであることがわかっています。少量の酸化アルミニウム、酸化カルシウム、アルカリが混合物に投入されます 。

とはいえ、マントルに関する私たちの知識はかなり限られています。科学者は地下に降りて観察することはできませんし、分析のために深層から直接採取された純粋なサンプルを入手したこともありません。それが、2012 年の MoHole to the Mantle プロジェクトが達成したいと考えていることです。

そこまで深く掘るのはどれくらい難しいですか？

かなり大変なことになるだろう。私たちがこのことを知っているのは、科学者たちが以前に実際にそれを試みたことがあるからです。 1960年代初頭、東太平洋のグアダルーペ島近くの深さ11,700フィート（3,566メートル）の海底に5つの穴を開けた。最も深い穴は地殻に600フィート（183メートル）しか貫通しておらず、表面の堆積物を超えて硬い岩の下層に達しただけだった。残念ながら、彼らはそれ以上先には進みませんでした。米国議会の一部の議員は、マントルまで掘削するのはコストに見合わないと考え、1966 年にプロジェクトを中止しました 。

それからほぼ半世紀が経ち、科学者たちは米国、日本、その他の国が資金を出し合って費用を賄ってくれることに期待を寄せている。しかし、マントルまで掘削する物理的な課題は依然としてかなり困難です。科学者が海底の地殻の可能な限り薄い部分を発見したとしても、それは少なくとも数マイルの硬い岩石を掘削することを意味します。さらに困難なのは、地球の奥深くまで掘削するときに、おそらく華氏 1,000 度 (摂氏 538 度) を超える極端な温度と、1 平方フィートあたり 400 万ポンドもの驚異的な量の圧力に遭遇することになります。マントル付近。その破砕力が装置を圧迫すると、科学者が望むサンプルを入手できるように、掘削中の物質を地表まで押し戻すことはもちろん、装置を動かし続けることも困難になるだろう。

しかし、プラス面としては、過去 50 年間、 石油産業による深海掘削のおかげで、掘削技術が大幅に進歩したことです。当社では、熱や圧力に対する耐久性が大幅に向上した改良されたドリルビット、工具、器具を提供しています。また、 GPSやその他の進歩のおかげで、深海のまったく同じ場所に掘削船を維持することがはるかに簡単になりました。このプロジェクトのリーダーの一人である英国サウサンプトンの国立海洋センターのデイモン・ティーグル氏によると、研究者たちは海洋地殻とその形成方法、地殻とマントルの違いについてもさらに詳しく知るようになったという。 「私たちは自分たちがやろうとしていることについて、よりよく理解できるようになりました」と彼は2011年のインタビューで説明した。

科学者たちが予期せぬ大惨事に遭遇しなければ――もちろん、それは大問題ですが――マントルまで掘削するのに18か月から2年かかる可能性があります。彼らは 2013 年か翌年に開始し、10 年以内にプロジェクトを完了したいと考えています 。

マントルまで掘り下げると何が分かるでしょうか?

うまくいけば、たくさん。前に説明したように、私たちはそこに行くことができず、マントルの純粋なサンプルを入手したことがないため、地球のマントルに関する知識はかなり限られています。その代わりに、科学者たちは地震波を研究し、火山から流れ出る溶岩を調べることによって、それを解明しようと試みてきた。彼らはまた、私たちの惑星と同じ宇宙ゴミから作られた隕石を研究することによって、マントルの組成に関する手がかりを集めようとしました。

さらに重要なことは、マントルの流体岩石の動きが地球の地殻にどのような影響を与えるか、特に構造プレートがどのように互いに押し引きし合うかを正確に学べるかもしれないということだ。

しかし、最も魅力的な可能性の 1 つは、科学者が実際に地球の奥深くで生命を発見するかもしれないということです。私たちが話しているのは、ジュール・ヴェルヌが『地球の中心への旅』で想像した怪物のことではなく、極限環境微生物と呼ばれる小さくて原始的な生物のことです。極限環境微生物は、極度の圧力や高温に耐えるように進化しました（地球の微細な「ワーム」など）南アフリカの金鉱山の底で発見された「地獄」。科学者たちはすでにそのような生物を最も深い海底で発見しています。もしそれらが地球のさらに深くに存在することができれば、そのような生物には、研究者がバイオテクノロジーの開発に利用できる独特の酵素やその他の特性が含まれているのではないかと科学者たちは推測しています。さらに重要なことは、それらは生命の生理学的限界を理解するのに役立つかもしれないということです 。

著者のメモ: 地球のマントルまで穴を掘ることはできますか?

1960 年代の子供の頃、私は漫画本を読むのが大好きで、そのお気に入りの 1 つはジュール ヴェルヌの小説「地球の中心への旅」の古典イラスト版でした。特に私が興味を惹かれたのは、ヴェルヌが想像した地下海路に登場人物たちが浮かび、先史時代の海の怪物に襲われている表紙イラストです。その画像の鮮明さが、数年後、小学校の理科の授業で地球が溶けた岩石で満たされていると知ったとき、私を失望させましたが、それはあまり面白くないようでした。