海洋地球物理学

海洋地球物理学は、地球物理学的手法を用いて世界の海盆や大陸棚、特に海底の固体地球を研究する科学分野です。海洋地球物理学は、堆積学​​的、古生物学的、地球化学的手法を用いる海洋地質学と研究目的を共有しています。海洋地球物理学的データの解析は、海底拡大理論やプレートテクトニクス理論の発展につながりました。

海洋リソスフェアの年齢

方法

海洋地球物理学は、探査地球物理学や地震学といった分野における、主に大陸で用いられている技術と、ソナーといった海洋特有の手法を用いています。ほとんどの地球物理学的計測機器は水上船舶から使用されますが、海底付近まで曳航されるものや、自律型潜水機（AUV）のように自律的に機能するものもいます。

海洋地球物理学の目的には、海底の深さと特徴の判定、海盆の地震構造と地震、海盆と縁辺部の重力異常と磁気異常のマッピング、海底を通る熱の流れの判定、海洋地殻と地球のマントルの電気的特性の判定などがあります。

現代の海洋地球物理学は、調査船を用いたほとんどの海洋調査と同様に、船舶の航行に全地球測位システム（ GPS）衛星（米国のGPSアレイまたはロシアのGLONASS）を利用しています。海底付近を曳航される地球物理学的計測機器は、通常、音響トランスポンダー航法ソナーネットワークを使用します。

海の深さ

海底の深さは、20世紀に開発され、第二次世界大戦中に進歩したソナー法であるエコーサウンディングによって測定されます。一般的な測定方法は、ソナービームの幅とビーム数に基づいており、20世紀後半にさらに進歩したマルチビームソナーやスワスマッピングで使用されています。 [1]

マルチビームソナースワスマッピング

海底の堆積物

海洋地殻を覆う堆積物の厚さと種類は、地震反射法を用いて推定する。この方法は、沖合石油探査会社によって高度に進歩した。この方法では、エコー測深よりもはるかに低い周波数の音源を船に設置し、船に曳航されたハイドロフォンアレイを用いて堆積物の内部構造と堆積物の下の地殻からのエコーを記録する。場合によっては、海洋地殻の内部構造からの反射を検出できる。[2] 3.5 kHz付近のより低い周波数を使用するエコーサウンダーは、海底と海底下の浅い構造の両方を検出するために使用される。  側方監視ソナーは、ソナービームを水平面のすぐ下に向け、装置に応じて数十メートルから1キロメートル以上の範囲で海底のテクスチャをマッピングするために使用される。

海洋地殻と上部マントルの構造

音源またはエネルギー源が記録装置から数キロメートル以上離れている場合、屈折した地震波が測定されます。その伝播時間から海洋地殻の内部構造を推定することができ、この方法で測定された地震波速度から地殻の岩石の種類を推定することができます。[3]  記録装置には、海面に設置するハイドロフォンや海底地震計などがあります。屈折実験により、海洋上部マントルにおける地震波速度の異方性が検出されています。[4]

海盆内の地球の磁場と重力場の測定

海面で地球の磁場を測定する通常の方法は、全磁場プロトン歳差磁力計を調査船の数百メートル後方に曳航することです。[5]より限定的な調査では、磁力計は海底近くの深さで曳航されたり、深海潜水艇に取り付けられたりしています。[6]  ゼロ長スプリング技術を使用した重力計は、船の最も安定した場所、通常は中心に向かって低い位置に取り付けられます。これらの重力計は、船の加速度を地球の重力加速度の変化、つまり重力異常（重力異常は数千分の一以下）から分離するように特別に設計されています。限られたケースではありますが、深海潜水艇から海底で重力測定が行われたこともあります。[7]

地球から海底を通る熱流の速度を決定する

地温勾配は、長さ2メートルの温度プローブ、または堆積物コアバレルに取り付けられたサーミスターを用いて測定されます。測定された温度と堆積物の熱伝導率を組み合わせることで、海底を通る伝導熱流の測定値が得られます。 [8]

海洋地殻と上部マントルの電気的特性を測定する

電気伝導率、あるいはその逆の抵抗率は、岩石の種類、岩石の亀裂や孔内の流体の存在、マグマの存在、海底の硫化物などの鉱床と関連している可能性があります。 [9]調査は、海面または海底、あるいはその両方で、能動電流源または地電流と呼ばれる自然の地球電流を使用して行うことができます。[10]

特殊なケースでは、海底鉱床からの自然ガンマ線の測定が、海底近くまで曳航されたシンチロメータを使用して行われた。 [11]

海洋地球物理学の影響の例

海底拡大とプレートテクトニクスの証拠

エコー測深は、既知の中央海嶺の境界を精緻化し、新たな境界を発見するために使用された。[12] [13]さらに測深を進めると、海嶺の方向とほぼ直交する線状の海底断裂帯が地図上に描かれた。 [14] [15]  その後、深海の地震発生場所の特定により、地震は中央海嶺の頂上と、海嶺の１つのセグメントを別のセグメントに結びつける断裂帯の広がりに限定されることが判明した。これらは現在、プレート境界の３つのクラスの１つであるトランスフォーム断層として知られている。 [16] エコー測深は海洋の深い海溝の地図を描くために使用され、地震発生場所は海溝の中および海溝の下にあることが記録された。[17] 海洋地震屈折実験のデータから、厚さ約6～8キロメートルの薄い海洋地殻が３層に分かれていることが分かった。[18] [19]海嶺上で行われた地震反射測定では、海嶺の頂上には堆積物が存在しないが、海嶺の頂上から離れるにつれて、より厚い堆積層で覆われていることが判明した。[20]この観察は、海嶺の頂上が海嶺の側面よりも新しいことを示唆している。

磁気調査により、多くの地域で海嶺の頂上に平行に走り、海嶺の頂上を中心に鏡像対称のパターンを示す線状の磁気異常が発見されました。 [21]異常と地球の磁場反転の歴史との相関関係から、海底の年代を推定することができました。[22]この関連性は、海嶺の頂上から海底が拡大したと解釈されました。[23] [22]拡大中心とトランスフォーム断層を共通の原因に結び付けることで、プレートテクトニクスの概念が発展しました。[24]

磁気異常や掘削孔サンプルによって測定された海洋地殻の年齢を海の深さと比較すると、海底深度と年齢は直接関係していることが観察されました。[25]この関係は、海洋プレートが海嶺の頂上から広がるにつれて冷却され、収縮することで説明されました。[26]

古気候の証拠

いくつかの地点における深海掘削と組み合わせた地震反射データにより、深海堆積物記録中に広範囲にわたる不整合と特徴的な地震反射面が確認されている。 [27] [28]これらは過去の地球規模の気候変動の証拠と解釈されている。極地大陸棚における地震反射調査では、大陸氷床の前進と後退によって埋没した堆積性の特徴が確認されている。[29] [30]スワスソナーマッピングにより、過去に極地大陸棚を横断した際に氷床が削った痕跡が明らかになった。 [31]

熱水噴出孔の証拠

海盆で測定された熱流量は、海嶺側面の深度と地殻年齢の増加に伴い、伝導熱流量が減少することが明らかになった。[26] [25]しかし、海嶺頂では、海底拡大に伴う活火山活動が見られる場所としては、伝導熱流量が予想外に低いことがわかった。[32]この異常は、海嶺頂拡大中心の地殻深部の亀裂を循環する海水の熱水噴出による熱伝達の可能性によって説明された。この仮説は、20世紀後半に深海潜水艇による調査で拡大中心に熱水噴出孔が発見されたことで裏付けられた。 [33] [34] [35]

中央海嶺の構造と特性に関する証拠

中央海嶺を横切って作成された海洋重力プロファイルは重力異常の欠如を示しており、広い領域で平均すると自由大気異常は小さいかゼロに近い。 [36] [37]これは、海嶺の頂上が深海盆より2キロメートルかそれ以上の高さに達しているにもかかわらず、その余分な質量が予想されるほどの海嶺の重力増加とは関係がないことを示唆している。海嶺はアイソスタシー的に補償されており、つまり海嶺下のマントルのある基準深度より下の全質量はどこでもほぼ同じである。これには海嶺の頂上と海嶺上部の山腹より下のマントルの密度が低いことが必要である。[36]地震調査データから、海嶺の下で速度が低いことが明らかになり、頂上下のマントルの一部が密度の低い岩石溶融物であることを示唆している。[38]これは海底拡大とプレートテクトニクスの理論と一致している。

海洋地球物理学の研究センター

参照

参考文献

  1. ^ ミラー, ジョイス; タイス, ロバート; エドワーズ, ランディ (1987). 「シービームマッピングシステム」. クマール, ムネエンドラ; モール, ジョージ A. (編). Proceedings International Symposium on Marine Positioning . ドルドレヒト: シュプリンガー・オランダ. pp.  7– 16. doi :10.1007/978-94-009-3885-4_2. ISBN 978-94-009-3885-4。
  2. ^ Morris, Ellen; Detrick, Robert S.; Minshull, Timothy A.; Mutter, John C.; White, Robert S.; Su, Wusi; Buhl, Peter (1993). 「北大西洋西部の海洋地殻の地震学的構造」 . Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 98 (B8): 13879– 13903. Bibcode :1993JGR....9813879M. doi :10.1029/93JB00557. ISSN  2156-2202.
  3. ^ Gettrust, Joseph F.; 古川一夫; Kempner, William B. (1982). 「若い海洋地殻と上部マントル構造の変動」 . Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 87 (B10): 8435– 8445. Bibcode :1982JGR....87.8435G. doi :10.1029/JB087iB10p08435. ISSN  2156-2202.
  4. ^ Raitt, RW; Shor, GG; Francis, TJG; Morris, GB (1969). 「太平洋上部マントルの異方性」 . Journal of Geophysical Research . 74 (12): 3095– 3109. Bibcode :1969JGR....74.3095R. doi :10.1029/JB074i012p03095. ISSN  2156-2202.
  5. ^ Heirtzler, JR (1965). 「海洋地磁気異常」. Journal of Geomagnetism and Geoelectricity . 17 ( 3–4 ): 227– 236. Bibcode :1965JGG....17..227H. doi : 10.5636/jgg.17.227 .
  6. ^ マクドナルド, ケン・C.; ミラー, スティーブン・P.; ルイエンダイク, ブルース・P.; アトウォーター, タニヤ・M.; シューア, ローレン (1983). 「潜水艇によるヴァイン・マシューズ磁気線構造の調査：海洋磁気異常の源と特徴」 . Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 88 (B4): 3403– 3418. Bibcode :1983JGR....88.3403M. doi :10.1029/JB088iB04p03403. ISSN  2156-2202.
  7. ^ Luyendyk, Bruce P. (1984). 「東太平洋海膨の尾根を横切る北緯21度における海底重力プロファイル」 .地球物理学. 49 (12): 2166– 2177. Bibcode :1984Geop...49.2166L. doi :10.1190/1.1441632. ISSN  0016-8033.
  8. ^ Von Herzen, RP (1987-01-01), Sammis, Charles G.; Henyey, Thomas L. (eds.), "15. 海洋熱流の測定" , Methods in Experimental Physics , Geophysics, vol. 24, Academic Press, pp.  227– 263, doi :10.1016/s0076-695x(08)60600-6, ISBN 9780124759671、 2021年9月27日取得
  9. ^ Francis, TJG (1985-09-01). 「潜水艇Cyanaによる海底硫化物鉱床の抵抗率測定」 . Marine Geophysical Researches . 7 (3): 419– 437. Bibcode :1985MarGR...7..419F. doi :10.1007/BF00316778. ISSN  1573-0581. S2CID  128668281.
  10. ^ Wannamaker, Philip E.; Booker, John R.; Jones, Alan G.; Chave, Alan D.; Filloux, Jean H.; Waff, Harve S.; Law, Lawrie K. (1989). 「フアン・デ・フカ沈み込み帯の抵抗率断面積とその地殻構造的意味合い」 . Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 94 (B10): 14127– 14144. Bibcode :1989JGR....9414127W. doi :10.1029/JB094iB10p14127. ISSN  2156-2202.
  11. ^ Jones, EJW (1989). 「海底および海洋リン灰岩堆積物の放射能：新型深海曳航式シンチロメーターによる観測」 .地球物理学研究論文集. 16 (2): 123– 126. Bibcode :1989GeoRL..16..123J. doi :10.1029/GL016i002p00123. ISSN  1944-8007.
  12. ^ ヒーゼン, ブルース・C. (1960). 「海底の裂け目」 .サイエンティフィック・アメリカン. 203 (4): 98– 114. Bibcode :1960SciAm.203d..98H. doi :10.1038/scientificamerican1060-98. ISSN  0036-8733. JSTOR  24940661.
  13. ^ マクドナルド、ケン・C.（2019）「中央海嶺テクトニクス、火山活動、地形学」、海洋科学百科事典、エルゼビア、pp.  405– 419、doi :10.1016/b978-0-12-409548-9.11065-6、ISBN 978-0-12-813082-7, S2CID  264225475 , 2021年9月27日取得
  14. ^ Heezen, B. C; Bunce, E. T; Hersey, J. B; Tharp, M (1964-01-01). 「チェーンとロマンシュ断裂帯」 .深海研究海洋学抄録. 11 (1): 11– 33. Bibcode :1964DSRA...11...11H. doi :10.1016/0011-7471(64)91079-4. ISSN  0011-7471.
  15. ^ Menard, HW (1966). 「東太平洋海膨の断裂帯とオフセット」 . Journal of Geophysical Research . 71 (2): 682– 685. Bibcode :1966JGR....71..682M. doi :10.1029/JZ071i002p00682. ISSN  2156-2202.
  16. ^ ウィルソン、J. ツゾ (1965). 「新しい種類の断層と大陸移動への影響」 . Nature . 207 (4995): 343– 347. Bibcode :1965Natur.207..343W. doi :10.1038/207343a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4294401.
  17. ^ アイザックス, ブライアン; オリバー, ジャック; サイクス, リン R. (1968). 「地震学と新たな地球テクトニクス」 .地球物理学研究ジャーナル. 73 (18): 5855– 5899. Bibcode :1968JGR....73.5855I. doi :10.1029/JB073i018p05855. ISSN  2156-2202.
  18. ^ KATZ, SAMUEL; EWING, MAURICE (1956-04-01). 「大西洋における地震波屈折測定」 . GSA Bulletin . 67 (4): 475– 510. doi :10.1130/0016-7606(1956)67[475:SMITAO]2.0.CO;2. ISSN  0016-7606.
  19. ^ ユーイング、ジョン; ハウツ、ロバート (1979)、「海洋地殻の音響地層学と構造」、大西洋の深海掘削結果：海洋地殻、モーリス・ユーイング・シリーズ、第2巻、ワシントンD.C.：アメリカ地球物理学連合、pp.  1-14、doi :10.1029/me002p0001、ISBN 0-87590-401-7、 2021年9月28日取得
  20. ^ ユーイング、モーリス; ユーイング、ジョン・I; タルワニ、マニク (1964年1月1日). 「海洋における堆積物分布：大西洋中央海嶺」 . GSA紀要. 75 (1): 17– 36. Bibcode :1964GSAB...75...17E. doi :10.1130/0016-7606(1964)75[17:SDITOT]2.0.CO;2. ISSN  0016-7606.
  21. ^ Vine, FJ; Matthews, DH (1963). 「海洋海嶺上の磁気異常」 . Nature . 199 (4897): 947– 949. Bibcode :1963Natur.199..947V. doi :10.1038/199947a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4296143.
  22. ^ ab Vine, FJ; Wilson, JT (1965-10-22). 「バンクーバー島沖の若い海嶺における磁気異常」 . Science . 150 (3695): 485– 489. Bibcode :1965Sci...150..485V. doi :10.1126/science.150.3695.485. ISSN  0036-8075. PMID  17842754. S2CID  41107379.
  23. ^ Vine, FJ (1966年12月16日). 「海底の拡大：新たな証拠」 . Science . 154 (3755): 1405– 1415. Bibcode :1966Sci...154.1405V. doi :10.1126/science.154.3755.1405. ISSN  0036-8075. PMID  17821553. S2CID  44362406.
  24. ^ Morgan, W. Jason (1968-03-15). 「海嶺、海溝、巨大断層、そして地殻ブロック」 . Journal of Geophysical Research . 73 (6): 1959– 1982. Bibcode :1968JGR....73.1959M. doi :10.1029/JB073i006p01959.
  25. ^ ab Parsons, Barry; Sclater, John G. (1977). 「海底地形と地熱流量の経年変化に関する分析」 . Journal of Geophysical Research . 82 (5): 803– 827. Bibcode :1977JGR....82..803P. doi :10.1029/JB082i005p00803. ISSN  2156-2202.
  26. ^ ab McKenzie, Dan P. (1967). 「熱流と重力異常に関するいくつかの考察」 . Journal of Geophysical Research . 72 (24): 6261– 6273. Bibcode :1967JGR....72.6261M. doi :10.1029/JZ072i024p06261. ISSN  2156-2202.
  27. ^ Ewing, John; Worzel, JL; Ewing, Maurice; Windisch, Charles (1966). 「ホライゾンAの年代と最古の大西洋堆積物」 . Science . 154 (3753): 1125– 1132. Bibcode :1966Sci...154.1125E. doi :10.1126/science.154.3753.1125. ISSN  0036-8075. JSTOR  1720595. PMID  17780028.
  28. ^ Davies, Thomas A.; Weser, Oscar E.; Luyendyk, Bruce P.; Kidd, Robert B. (1975). 「インド洋堆積物の不整合」 . Nature . 253 (5486): 15– 19. Bibcode :1975Natur.253...15D. doi :10.1038/253015a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4168672.
  29. ^ アンダーソン、ジョン・B.、バーテック、ルイス・R.（1992年）「中解像度地震反射データと掘削現場情報の組み合わせで明らかになったロス海の新生代氷河史」『南極の古環境：地球変動の視点：第1部』アメリカ地球物理学連合（AGU）、pp.  231– 264、doi :10.1029/ar056p0231、ISBN 978-1-118-66778-1、 2021年9月28日取得
  30. ^ クリストファー・C・ソーリアン;ルエンダイク、ブルース P.ウィルソン、ダグラス S.デセサリ、ロバート C.バーテック、ルイス R.ジョン B. ディーボルド (2007-05-01)。「ロス海東部の地層で記録された西南極氷床の漸新世の発達」。地質学。35 (5): 467–470。ビブコード:2007Geo....35..467S。土井：10.1130/G23387A.1。ISSN  0091-7613。
  31. ^ Wellner, JS; Heroy, DC; Anderson, JB (2006-04-01). 「南極氷床のデスマスク：大陸棚における氷河地形学的特徴の比較」 .地形学. 氷床地形学 - 過去と現在のプロセスと土地形態. 75 (1): 157– 171. Bibcode :2006Geomo..75..157W. doi :10.1016/j.geomorph.2005.05.015. ISSN  0169-555X.
  32. ^ Williams, David L.; Von Herzen, RP; Sclater, JG; Anderson, RN (1974-09-01). 「ガラパゴス拡大中心：リソスフェア冷却と熱水循環*」. Geophysical Journal International . 38 (3): 587– 608. Bibcode :1974GeoJ...38..587W. doi : 10.1111/j.1365-246X.1974.tb05431.x . ISSN  0956-540X.
  33. ^ コーリス, ジョン・B.; ダイモンド, ジャック; ゴードン, ルイス・I.; エドモンド, ジョン・M.; フォン・ヘルツェン, リチャード・P.; バラード, ロバート・D.; グリーン, ケネス; ウィリアムズ, デイビッド; ベインブリッジ, アーノルド; クレイン, キャシー; ヴァン・アンデル, ティアード・H. (1979-03-16). 「ガラパゴスリフトの海底温泉」 . Science . 203 (4385): 1073– 1083. Bibcode :1979Sci...203.1073C. doi :10.1126/science.203.4385.1073. ISSN  0036-8075. PMID  17776033. S2CID  39869961.
  34. ^ Spiess, FN; Macdonald, KC; Atwater, T.; Ballard, R.; Carranza, A.; Cordoba, D.; Cox, C.; Garcia, VMD; Francheteau, J.; Guerrero, J.; Hawkins, J. (1980-03-28). 「東太平洋海膨：温泉と地球物理学的実験」 . Science . 207 (4438): 1421– 1433. Bibcode :1980Sci...207.1421S. doi :10.1126/science.207.4438.1421. ISSN  0036-8075. PMID  17779602. S2CID  28363398.
  35. ^ Macdonald, Ken C.; Becker, Keir; Spiess, FN; Ballard, RD (1980-06-01). 「東太平洋海膨における「ブラックスモーカー」噴出孔の熱水フラックス」 . Earth and Planetary Science Letters . 48 (1): 1– 7. Bibcode :1980E&PSL..48....1M. doi :10.1016/0012-821X(80)90163-6. ISSN  0012-821X.
  36. ^ ab Talwani, Manik; Pichon, Xavier Le; Ewing, Maurice (1965). 「中央海嶺の地殻構造：2. 重力および地震波屈折データによる計算モデル」 . J​​ournal of Geophysical Research . 70 (2): 341– 352. Bibcode :1965JGR....70..341T. doi :10.1029/JZ070i002p00341. ISSN  2156-2202.
  37. ^ Cochran, James R.; Talwani, Manik (1977-09-01). 「世界の海洋における自由大気重力異常と残差高度との関係」. Geophysical Journal International . 50 (3): 495– 552. Bibcode :1977GeoJ...50..495C. doi : 10.1111/j.1365-246X.1977.tb01334.x . ISSN  0956-540X.
  38. ^ Detrick, RS; Buhl, P.; Vera, E.; Mutter, J.; Orcutt, J.; Madsen, J.; Brocher, T. (1987). 「東太平洋海膨沿いの地殻マグマ溜まりのマルチチャンネル地震画像化」 . Nature . 326 (6108): 35– 41. Bibcode :1987Natur.326...35D. doi :10.1038/326035a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4311642.

さらに読む

  • アローラ、Ｋ．グプタ、H.カズナーヴ、A. ;エングダール、ER;カインド、R.マングリク、A.ロイ、S.セイン、K。上田真司 (2011)固体地球物理学の百科事典。ドルドレヒト：オランダのシュプリンガー。ISBN 9789048187010。
  • ハーフ、J.メシェデ、M.ピーターセン、Ｓ． Thiede、J. (2014)。海洋地球科学の百科事典。オランダのシュプリンガー社。ISBN 9789400766440。
  • ジョーンズ、EJW (1999).海洋地球物理学. チチェスター: ワイリー. ISBN 978-0471986942。
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Marine_geophysics&oldid=1294031540」より取得