맨틀
맨틀(영어: mantle, 「덮개」의 뜻)이란, 혹성이나 위성등의 내부 구조로, 핵(코어)의 외측에 있는 층이다.
지구형 혹성등에서는 금속의 핵에 대해 맨틀은 암석으로부터 되어, 한층 더 외측에는, 암석으로부터 되지만 조금 조성이나 물성이 다르다, 극히 얇은 지각이 있다.
목차
지구
지구의 경우는, 대륙 지역에서 지표 약30-70 km로부터, 해양 지역에서 해저면하 약 7 km로부터 약 2,900 km까지의 범위를 가리킨다.지각은 대륙지각이나 해양 지각이라고 하는 차이가 있지만 지표면에서 지하 대략5-60 km까지의 두께를 가지고 있어 맨틀은 그 하층에 위치하고 있다.
지구의 맨틀과 지각의 경계는, 발견자의 이름으로부터 모호로비치치 불연속면(약칭 모호면)으로 불리고 있다.지진파가 모호면을 지날 때는 밀도의 차이로부터 속도가 급변해 각도에 의해서 굴절을 일으킨다.지각 직하의 맨틀은 물리적으로 지각과 일체화하고 있지만, 동시에, 모호면이라고 하는 경계가 관측되는 것이다.밀도의 차이는 지각과 맨틀의 물질 조성이 다른 것에 의한다.맨틀의 아래쪽 면은 Gutenberg 불연속면으로 불리고 있어 외핵과의 경계가 되어 있다.
지구의 상부 맨틀은 관람바위를 주성분으로 하는 암석으로 구성되어 있어 맨틀내에 있어서의 화학 조성에 큰 차이는 없다고 하는 설과 상부 맨틀과 하부 맨틀로 다르다고 하는 설이 대립하고 있다.
성층 구조
심도가 깊어지는 것에 따라, 온도・밀도 모두 상승하지만, 특히 밀도에 대해서는, 광물상이 상전이 하는 것으로써 불연속에 증가한다.410 km, 520 km, 660 km, 2,700 km의 지점에 지진파의 불연속면이 있어, 이것이 상전이의 경계라고 생각되고 있다.이 안에서는 660 km불연속면은 명료하고, 이것을 경계로 상부 맨틀과 하부 맨틀로 나누고 있다.광물상에 의한 분류에 대해서는, 상위때문인지 등응석(α상), 변형 스피넬상(β상, 워즈레이아이트라고도), 스피넬상(γ상, 링웃다이트라고도), 페로브스카이트상, 포스트페로브스카이트상(D＇＇층 데 투 프라임이라고도)이 되고 있다.맨틀 구성물질은, 이 경계를 이동할 때 마다 상전이 해 결정 구조가 변화, 밀도도 변화한다.
관람석의 층은 모호면으로부터 440 km불연속면까지로, 맨틀의 최상부를 차지한다.이 층은, 지각과 함께 압력이나 온도, 수분 함유량등의 조건에 의해, 부분 용해를 일으켜 마그마를 생성한다.변형 스피넬상 및 스피넬상은 맨틀 천이층 또는 전이층이라고도 불리고 있다.660 km이심의 페로브스카이트상의 층에서는, 압력은 23.4 GPa를 넘고 있는[2].스피넬상구조의 관람석이 분해되어 마그네시오브스타이트(Mg, Fe) O와 조밀인 구조의 페로브스카이트 MgSiO3로 구성되어 있다.2,700 km이심의 맨틀의 최하부는 D＇＇층이라고도 불려 페로브스카이트상보다 조밀로 밀도도 높은 포스트페로브스카이트상이 되고 있다.포스트페로브스카이트상의 발견은, 2004년의 일로이다.핵경계 부근의 구조는 불명한 부분도 많아, 하부 맨틀층의 심부에서 핵에 접하고 있는 부분은 얇은 층이 용해해, 이 용해 부분으로부터 맨틀・프류무가 상승하고 있는 것은 아닐것인가 라고 하는 설이 있는[3].
또, 맨틀을 역학 성질로부터 분류하면, 상위에서 지각과 합해 리소스페아, 아세노스페아, 메소스페아로 분류되는[1].리소스페아는 지각도 포함한 맨틀 상부의 층에서, 온도・밀도가 낮고, 강성도 높다.그 아래쪽 면은60-100 km의 지점에 있다.리소스페아는 판구조 이론에 있어서의 플레이트에 거의 상당하는 부분에서, 지표면을 이동하고 있다.아세노스페아는 리소스페아와 메소스페아의 사이에 있는 층으로,100-300 km의 사이에 있다.지진파의 저속도역이며, 물질이 부분 용해 해, 유동성을 가지고 있다.저속도역만이 아세노스페아로 여겨지지만, 경우에 따라서는 하한을 660 km의 면이라고 생각하는 설도 있다.메소스페아는 맨틀의 대부분을 차지해 높은 강성을 가지는 고체라고 생각되고 있다.
구성 성분
링 우드(A. E. Ringwood, 1963)들은, 상부 맨틀의 조성은 다나이트와 현무암이3:1의 비율로 혼합한 파이로라이트(pyrolite)로 불리는 가상적 암석으로부터 구성되어 이 물질이 분별 용해를 일으키면 현무암질마그마가 생성한다고 생각한[4][5].
하부 맨틀의 조성에 대해서는 제설 있어, 상부 맨틀과 같은 파이로라이트의 조성을 유지 이바지하고 있다고 하는 설[6][7], 또는, 화학 조성이 이든지 보다 이산화 규소 성분이 풍부한 페로브스카이트상(MgSiO3)을 주성분과 한다고 하는 설[8]이 있어 결착이 붙어 있지 않다.전자이면 맨틀은 태양계의 원소 조성에 가까운 CI콘도 라이트보다 규소에 고갈하고 있는 일이 되어, 후자이면 원시적인 운석인 C1콘도 라이트의 화학 조성에 일치하지만, 맨틀은 2층 대류로 상부와 하부의 물질의 혼합이 일어나기 어려운 구조를 지지한다.
| 구성 원소 | 함유율/% |
|---|---|
| 산소 | |
| 마그네슘 | 22.22 |
| 규소 | 21.31 |
| 철 | 5.86 |
| 칼슘 | 2.50 |
| 알루미늄 | 2.17 |
| 크롬 | 0.301 |
| 나트륨 | 0.2745 |
| 니켈 | 0.2108 |
| 티탄 | 0.132 |
| 망간 | 0.1016 |
조사법
현재는 지구 심부 탐사선치공이 맨틀의 직접 채취를 예정하고 있다.맨틀 상부의 물질에 대해서는 ophiolite[11]등, 조산운동등에 의해 지표에 나타난 것이 있어, 맨틀 하부의 물질에 대해서도 킨버 라이트 등 지표에 분출한 것이 발견되고 있다.
지진파 도모그래피에 의해, 지구 내부의 밀도등을 산정하는 것 외에 지표에서 얻을 수 있던 맨틀 물질을 참고에, 시뮬레이션외, 광물의 고압 실험에 의한 재현 실험을 실시해, 조건에 맞는 압력・온도・밀도와 그 때의 광물상을 분명히 하고 있는[12][8].
물성
맨틀의 물성치는 아래 표같다라고 되고 있다.맨틀의 유동의 연구에는 유체 역학등이 원용되지만, 물성치의 쳐 특히 점성의(통상의 유체와 비교했을 때의) 특이성이 CFD등을 이용한 해석을 곤란한 것으로 하고 있다.
| 물성 | 치 | 비고 |
|---|---|---|
| 열팽창율 | 10-5 K-1 | |
| 열확산율 | 10-6 m2/s | |
| 정압비열 | 103 J/kg K | |
| 밀도 | 3.3-5. 6×103 kg/m3 | 심도의 틀림에 따라, 상하로 약65%의 차이가 있다고 여겨진다. |
| 체적탄성.율 | 100-600 GPa | |
| 점성률 | 1021-1022 Pa s | 100 K의 온도 변화로 1자리수 저하한다. |
| 동점성률 | 1016-1020 m2/s | |
| prandtl수 | 약 1024 | |
| 응력 완화 시간 | 10년-10 만년 |
그 외의 천체
지구형 혹성이나 대형의 암석 위성은, 지구를 닮은 맨틀을 가진다고 추정되고 있다.금속핵의 비율이 높다고 여겨지는 수성의 맨틀은 지구와 비교해 산화철의 비율이 적고, 유황의 함유량이 많다고 추정되는[14].대하고, 화성의 맨틀은 산화철의 함유량이 많다고 추정되는[15].
목성형 혹성은, 핵의 외측에 금속 수소의 맨틀을 가져, 그 외 측에는 액체 수소의 층이 있다고 추측되고 있다.천왕성형 혹성은, 핵의 외측에 물, 암모니아, 메탄의 얼음으로부터 되는 맨틀이 있어, 그 외 측에는 수소와 헬륨의 층이 있다고 추정되고 있다.다만, 이러한 층이 맨틀로 불리는 것은 비교적 적다.
대형의 얼음 위성이나 태양계 바깥 틀 천체안에는, 얼음과 암석의 2층으로부터 되어 있는 것이 있다고 추측되고 있다.이 경우, 중심부의 암석의 층을 핵, 주변부의 얼음의 층을 맨틀이라고 부른다.에우로파나 가니메데등에서는, 맨틀의 최하층은 조석 마찰에 의한 지열로 녹고 바다가 되어 있을 가능성이 있다.
각주
- ^ a b 지구의 구조 지질 조사 종합 센터
- ^ (Mg, Fe) 2 SiO4계의 캔 런석 링웃다이트 전이의 상평형 관계의 결정(PDF) 오카야마 대학 혹성 물질 연구소
- ^마츠바라 사토시 「다이아몬드의 과학-아름다움과 딱딱함의 비밀」코단샤〈브르박스〉, 2006년, ISBN 4-06-257517-5.
- ^ D. H. Green, A. E. Ringwood, 1963, Mineral assemblages in a model mantle composition, J. Geophys. Res., 68, 937-946.
- ^ B.메이슨 「일반 지구화학」마츠이 요시토・일국 마사키역, 이와나미 서점, 1970년.
- ^ ITo, E. and E. TAKAHASHI, 1987, Ultrahigh pressure phase transformations and the constitution of the deep mantle, in High Pressure Research in Mineral Physics, edited by M. H. Manghnani and Y. Syono, pp. 221-229.
- ^입선테츠오, 하부 맨틀 영역에서의 맨틀 물질의 상관계와 밀도 변화-지구의 원료의 해명에-(프레스 릴리스), SPring8 대형 방사광 시설
- ^ a b무라카미 모토히코, 지구의 맨틀은 화학 조성이 다른 2층 구조였다! — 지구 과학의 정설 뒤집는다 —(프레스 릴리스), SPring8 대형 방사광 시설
- ^ WANKE, H., G. DREIBUS and E. JAGOUTZ, 1984, Mantle chemistry and accretion history of the Earth, Archean geochemistry, editd by A. Kroner, G. N. Hanson and A. M. Goodwin, pp. 1-24, Springer Verlag, New York.
- ^「이과 연표」2008년
- ^「혹성 지구의 진화」방송 대학 교재 마츠모토 아키라・우라베 테츠로・타나베 에이이치 ISBN 978-4-595-30759-1
- ^예를 들면 세계 최초!맨틀 심부의 고온 고압 조건하에서 지진파 속도 정밀 측정에 성공 맨틀 천이층의 화학 조성 해명・「플레이트의 묘지」의 존재를 시사 에히메 대학외 2008년
- ^토리우미 미츠히로외, 이와나미 강좌 지구 혹성 과학 10 「지구 내부 다이내믹스」, 이와나미 서점, 268 페이지, 1998년.ISBN 4-00-010730-5
- ^ 형성기의 수성에 있어서의 코어 맨틀간의 유황의 분배 (PDF)
- ^화성의 기본 정보, JAXA, 우주 정보 센터
관련 항목
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