プレートテクトニクス：地球を説明する理論

世界地図を十分に長く眺めていると、奇妙な偶然の一致が気になり始める。ブラジルの張り出した部分は、まるで破れた写真の二片のように、西アフリカのくぼみにぴったりはまるよう作られているかに見える。正確な大西洋の地図が存在するようになるとほぼ同時に、1600年代初頭には人々がこのことに気づいていた。それから三世紀のあいだ、それはただの好奇の対象にとどまり、ぼんやり見つめるほど暇な者を相手に地理がしかける視覚的な冗談にすぎなかった。やがてアルフレート・ヴェーゲナーというドイツの気象学者がその冗談を真剣に受け止め、そうすることで科学史における大革命のひとつに火をつけた。

今日では、海岸線が一致するのは、かつて南アメリカとアフリカがひとつにつながっていて、ひとつの巨大な陸塊の一部であり、その後何千キロメートルも離れて漂流したからだとわかっている。地球の硬い外殻はひとつの固いかわではなく、いくつもの巨大な動くプレートの集まりであり、それらは互いをこすり合い、沈み込み、離れていく。その速さはおおよそあなたの爪が伸びる速さに等しい。そのゆっくりとした、休みのない動きこそが、わたしたちの惑星表面で起こる劇的なことのほぼすべて、すなわち山脈、海溝、地震、火山の背後にある原動力である。それらすべてを結びつける理論はプレートテクトニクスと呼ばれ、地球科学において間違いなく最も重要な発想だと言える。

ある気象学者の異端の発想

アルフレート・ヴェーゲナーは地質学者ではなかった。それが、地質学者たちが長らく彼を無視した理由の一端でもある。1912年に彼は、自身が大陸移動説と呼ぶものを提唱した。大陸はかつてひとつの超大陸を形成しており、彼はそれをパンゲア(ギリシア語の「全地球」に由来する)と名づけ、それがゆっくりと分裂して現在の位置までさまよってきた、という考えである。

彼の証拠は本当に見事なものだった。ジグソーのように合う形: 海岸線、とりわけ大陸棚の縁は、不気味なほどの正確さで一致していた。化石: いまでは大洋まるごとで隔てられた大陸に、同一の化石種が現れた。シダのような植物 Glossopteris と、淡水にすむ小さな爬虫類 Mesosaurus は、南アメリカとアフリカの両方に出現したが、どちらも大西洋を泳いだり浮かんで渡ったりできたはずがない。岩石: 山脈や特徴的な岩石の地層が、ある大陸で始まり別の大陸で続いているように見えた。まるで一文が真っ二つに切られ、その断片が図書館の反対側の棚にしまわれてしまったかのように。

問題は、ヴェーゲナーには大陸がどのように動いたのかを説明できなかったことだ。彼は、船が水を切るように大陸が海底を押し進んだと提案したが、その考えを物理学者たちは不可能だと正しく打ち砕いた。信じるに足る仕組みがないために、彼の理論は退けられ、しばしば手厳しく扱われた。ヴェーゲナーは1930年、グリーンランドの氷床を横断する探検中に亡くなった。名誉回復が訪れる何十年も前のことだった。

海底にあった欠けた仕組み

その答えは大陸からではなく、海の底からやってきた。第二次世界大戦の後、新たなソナーと地磁気の調査が初めて海底を詳細に地図化し、明らかになったことは驚くべきものだった。大西洋の真ん中を縦に走っていたのは、巨大な海底山脈、すなわち大西洋中央海嶺であり、それは地球を一周する数万キロメートルにおよぶ海嶺系の一部だった。

1960年代初頭、ハリー・ヘスを含む地質学者たちは海洋底拡大説を提唱した。核心となる考え: これらの海嶺に沿って融けた岩石が上昇し、冷えて真新しい海洋地殻を形成し、それが海嶺から遠ざかる一対のベルトコンベアのように両方向へ広がっていく、というものだ。大陸は海底を押し進んでいたのではなく、その上に乗って運ばれていたのである。

決め手となった証拠は磁気的なものだった。できたばかりの溶岩が冷えるとき、その内部の磁性鉱物が、その瞬間の地球の磁場の向きを固定する。惑星の磁場は地質学的な時間のなかで折々に極性を反転させるため、海底は磁気の縞模様の記録を残した。それは各海嶺の両側で対称をなしており、まるで惑星そのものが刷り上げたバーコードのようだった。片側の縞はもう一方の縞を映し出していて、それは新たな地殻が中央で作られて外へ運ばれているとすればまさに予想される通りだった。1960年代の終わりまでにその論証は圧倒的なものとなり、大陸移動説はより広く、より堅固なプレートテクトニクスの理論として生まれ変わった。

プレートは実際にどう動くのか

浮かび上がった描像はこのように働く。地球の最も外側の層はリソスフェアと呼ばれ、硬くてもろく、およそ十数枚の主要なプレートと多数のより小さなプレートに分かれている。これらのプレートはアセノスフェアの上に浮かんでいる。アセノスフェアとは、その下にあるマントルのより熱く、部分的に柔らかい層で、長い時間スケールでゆっくりと流れることができ、いくぶん極端に硬いパテのようなものだ。

地球の深部からの熱、すなわち惑星の形成時から残った熱と放射性元素の崩壊によって生み出される熱が、マントルのなかでゆっくりとかき混ぜる動きを駆動する。駆動する力: 科学者たちはふつう、いくつかの効果の組み合わせを指摘する。海嶺では、新たな地殻がプレートを押し広げる。ほとんどの研究者が考えるところによれば、それよりはるかに強力なのは「スラブ引き込み」で、冷たく密度の高いプレートの縁がマントルへ沈み込み、その後ろにあるプレート全体を引きずるというものだ。力の正確なつり合いはなお研究され議論されているが、結果ははっきりしている。プレートは動いており、ふつう年に数センチメートルである。

きわめて重要なことに、地殻には二種類ある。海洋地殻は薄くて密度が高く、おもに玄武岩からなり、絶えず再生されていて、およそ2億年より古い海底はどこにも残っていない。大陸地殻はより厚く、より軽く、はるかに古く、なかには40億年以上前にさかのぼる岩石もある。大陸地殻は浮力が大きすぎて簡単には沈まないため、大陸は存続し続ける一方で、海底は果てしなく破壊されて作り直される。

プレートが出会う場所：三種類の境界

ほとんどすべての出来事は縁で起こり、そこでプレートは三つの基本的な仕方で相互作用する。

発散境界はプレートが離れていく場所だ。大西洋中央海嶺がその典型例で、新たな地殻が湧き上がって海底を割っていく。陸上では、東アフリカ地溝帯がその大陸をゆっくりと引き裂いて開いており、何百万年もかけて新たな海洋を生み出すかもしれない。

収束境界はプレートが衝突する場所で、これらは地球上で最も激しい場所である。海洋プレートが大陸プレートに出会うと、より密度の高い海洋プレートが沈み込みと呼ばれる過程でその下へ潜り込み、マントルへ戻っていって、深い海溝と火山の連なりの両方を生み出す。アンデス山脈はこのようにして形成された。ナスカプレートが南アメリカの下へ滑り込んでいるのだ。二枚の大陸プレートが衝突すると、どちらも沈み込もうとしないため、地殻はくしゃくしゃに折れ曲がって上へと厚みを増していく。そのようにしてヒマラヤ山脈はそびえ立ち、インドプレートがアジアへ突っ込み続けることで、いまも隆起し続けている。エベレストは今も毎年わずかに高く押し上げられている。

トランスフォーム境界はプレートが互いに横へこすり合う場所で、地殻は作られも壊されもしない。カリフォルニアのサンアンドレアス断層がその有名な例で、太平洋プレートが北アメリカプレートの横を滑り、地震となって解放されるひずみをため込んでいる。

なぜ地震や火山は集中するのか

ここでこそプレートテクトニクスは最も鮮やかに真価を発揮する。なぜなら、人々がそれを理解するよりずっと前に気づいていたパターンを説明するからだ。地震と火山は地球上に無作為にばらまかれているのではない。それらは細く鋭い線をなぞっており、その線こそがプレート境界なのである。

**環太平洋火山帯(リング・オブ・ファイア)**が最も劇的な例だ。太平洋を囲む縁に沿って走る馬蹄形のベルトで、南北アメリカの西海岸を通り、アラスカまで上がり、日本、フィリピン、インドネシアを過ぎて下っていく。世界の活火山のおよそ四分の三がそれに沿って位置し、惑星上で最大級の地震の大多数もここで発生する。その理由は沈み込みだ。太平洋のいたるところで、海洋プレートが隣のプレートの下へ潜り込んでいる。沈み込むスラブが下降するにつれ、そのなかに閉じ込められていた水が放出され、周囲の岩石の融点を下げる。その結果生じた融けた岩石が上昇して火山を養う。一方で、プレートどうしがこすれ合い、固着し、突然滑ることで地震が生み出される。

このことは、なぜある場所が絶え間ない地質学的危険とともに生きているのに、別の場所はほとんど揺れを感じないことがないのかを説明する。日本とチリは収束境界の真上に位置し、頻繁な、ときに壊滅的な地震に耐えている。地中海は、アフリカプレートがヨーロッパへ押し込むことで圧迫されており、だからこそイタリアやギリシアにはヴェスヴィオやエトナのような火山と地震の両方が存在する。対照的に、オーストラリアの大部分やカナダ中央部のような大きく安定したプレートの中央は、地質学的に静かである。例外もある。ハワイやアイスランドのような火山ホットスポットや、どの境界からも遠く離れた場所でのまれな地震などで、これらはこの理論がいまなお洗練されつつあることを思い出させてくれる。とはいえ、境界と災害のあいだの全体的な相関は、地質学全体のなかでも最も揺るぎない発見のひとつである。

決して完成しない惑星

プレートテクトニクスは、地球を完成した物体ではなく、休むことのない、生きた機械としてとらえ直す。わたしたちが頭のなかに抱える地図は、きわめてゆっくりとした映画のたった一コマにすぎない。およそ2億5千万年前、すべての大陸はパンゲアへと融合しており、それがその後に分裂し、断片を今わたしたちが見出す場所へと散らばらせた。大西洋はいまも年に数センチメートルずつ広がり続け、太平洋は縮みつつあり、はるか未来には大陸が集まって新たな超大陸を形づくり、それから再びそのサイクルが始まるだろう。

その深い時間の視点は、わたしたちが風景を読み解く仕方を変える。山頂の貝殻の化石はもはや逆説ではなく、空へと持ち上げられた海底の記録となる。海岸線のかたちは、消え去った海洋への手がかりとなる。そして大地震の悲劇は、けっして痛ましさを減じることはないものの、理解できるものとなる。それは、惑星の地殻の二つの巨大でゆっくりと動く断片のあいだの継ぎ目で暮らすために、ある社会が支払う代償なのである。

重要なポイント

プレートテクトニクスは地球科学を統一する理論であり、かつて嘲笑されたアルフレート・ヴェーゲナーの大陸移動説という発想から生まれ、海洋底拡大と海底の磁気縞模様の発見によってついに証明された。地球の硬い外殻はおよそ十数枚の主要なプレートに分かれており、それらはゆっくりと流れるマントルの上を年に数センチメートルずつ漂う。その動きはおもに内部からの熱と、沈み込むスラブの引きによって駆動される。これらのプレートが出会う場所で、それらは離れ、衝突し、あるいは互いをすり抜けていき、海嶺、山脈、深い海溝を築き上げる。地震や火山がこれらの境界、とりわけ太平洋の環太平洋火山帯に沿って集中するからこそ、この理論は山がどのように形成されるかだけでなく、なぜある場所が他の場所よりはるかに多く災害に見舞われるのかをも説明し、果てしなく、知らぬ間に自らを作り変え続ける惑星の姿を明らかにするのである。