地球の水2018/06/03 11:13

日本地球惑星科学連合ニュースレターの2018年3月号に,唐戸俊一郎氏が「地球の水:分布,循環,起源」を書いています.

唐戸氏は,「参考にした図書など」で*印で示した本を著しています.


地球表面には海がありますが,その水の量は地球質量の0.023%とごく少ないのです.その海の水は,地球上にある水の約97%を占めています.


地球の表面付近は,リソスフェアとアセノスフェアに分けられます.リソスフェアは,厚さ100kmほどで地殻とモホ面の下のマントル最上部に相当し,変形しにくい一体のものと見なされます.ただし,リソスフェアというのは,物理的な応答によって分けられたものなので,時間スケールの違いなどによって扱いが異なり,その厚さは数十 km から数百 km まで変化します.

リソスフェアの下には地震波速度が低下する領域があり,アセノスフェアと呼ばれます.アセノスフェアはリソスフェアに比べて流動しやすい性質を持っています.アセノスフェアの厚さは,100km~200km です.


アセノスフェアの下に遷移層があります.遷移層というのは,深度410km~670km にあり,密度が約3.5g/cm3(地震波速度 9km/sec)から約4.5g/cm3 (地震波速度 11km/sec) へと変化します.その原因は,マントルを構成する鉱物が,より密度の高い鉱物へ相転移するためです.


地球内部の水

図1 地球マントルの構造と水の分布

地殻の直下付近では水の量は0.01%(100重量 ppm)程度ですが,遷移層では最大1%(10,000重量 ppm)と非常に多くなります.下部マントルの水の量は0.1%(1,000重量 ppm) 以下です.(唐戸,2018 の図に追記)


遷移層付近ではマントルが部分溶融してメルトが出来ますが,遷移層の上で出来たメルトは重く,下で出来たメルトは軽いのです.それで,水を含んで部分溶融したメルトは遷移層に集まってきます.このため,遷移層から上部マントルへ安定的に水が供給されると考えられています.


地球の水については,

1)水はどこから,いつ来たのか

2)現在,地球や地球型惑星にどれだけの水があり,どのように分布しているのか

3)地球を含む地球型惑星内部で,水はどのように循環しているのか

と言う問題があります.


水の量や分布,循環の形態は,ある程度分かってきています.地球の水の量は地球全質量の0.23%であり,特別な過程を考えなくても水の起源は説明できると考えられます.


参考にした図書など


☆唐戸俊一郎,2018,地球の水:分布,循環,起源.地球惑星科学連合ニュースレター,Vol.14,No.2,19-21.

( http://www2.jpgu.org/publication/jgl/JGL-Vol14-2.pdf )

*唐戸俊一郎,2017,地球はなぜ「水の惑星」なのか 水の「起源・分布・循環」から読み解く地球史.講談社ブルーバックス.


☆在田一則・竹下 徹・見延庄士郎・渡部重十 編著,2015,地球惑星科学入門 第2版.北海道大学出版会.