[論文レビュー] Protoplanetary Earth Formation: Further Evidence and Geophysical Implications

J. Marvin Herndon|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2004

Astro and Planetary Science参考文献 21被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、地球が木星に類似した原始惑星内に形成され、岩石核が現在の半径のおよそ64%に圧縮されたと提唱する。この圧縮により連続的な大陸殻が形成され、ガス膜が放出されたのちに地球の拡張が開始される。拡張は主に亀裂形成とマントル体積の拡張に伴う玄武岩の充填によって起こり、プレートテクトニクスではなく、上昇流駆動の拡張とは異なり、中洋海嶺の過程を対流駆動の拡張ではなく重力的クランプ（creep）として再解釈する。

ABSTRACT

Recently, I showed that the "standard model" of solar system formation is wrong,yielding the contradiction of terrestrial planets having insufficiently massive cores, and showed instead the consistency of Eucken's 1944 concept of planets raining out in the central regions of hot, gaseous protoplanets. Planets generally consist of concentric shells of matter, but there has been no adequate geophysical explanation to account for the Earth's non-contiguous crustal continental rock layer, except by assuming that the Earth in the distant past was smaller and subsequently expanded. Here, I show that formation of Earth, from within a Jupiter-like protoplanet, will account for the compression of the rocky Earth to about 64 percent of its current radius, yielding a closed, contiguous continental shell with concomitant Earth expansion commencing upon the subsequent removal of its protoplanetary gaseous shell. I now propose that Earth expansion progresses, not from spreading at mid-oceanic ridges as usually assumed, but primarily by the formation of expansion cracks (often near continental margins) and the in-filling of those cracks with basalt (produced from volume expansion in the mantle), which is extruded mainly at mid-oceanic ridges, solidifies and traverses the ocean floor by gravitational creep to regions of lower gravitational potential energy, ultimately plunging downward into distant expansion cracks, emulating subduction. Viewed from that perspective, most of the evidence presented in support of plate tectonics supports Earth expansion; mantle convection is not required, and the timescale for Earth expansion is no longer constrained to about 200 million years, the maximum age of the current ocean floor.

研究の動機と目的

• 地上惑星が十分に質量のある核を持たないという標準太陽系モデルにおける矛盾を解消すること。
• 地球の連続的な大陸殻を、過去の惑星拡張の仮定を覆す形で地球物理学的説明すること。
• 地球の拡張を、テクトニクス的拡張ではなく、原始惑星の圧縮とその後のガス被膜の除去の結果として再定式化すること。
• 中洋海嶺の過程を、マントル対流駆動のプレートテクトニクスではなく、押し出された玄武岩の重力的クランプとして再解釈すること。
• 地球の拡張が、海洋殻の最も古い年代（約2億年）に制限されない場合の時間スケールを示すこと。

提案手法

• 地球が木星に類似した高温のガス状原始惑星内に、密度の高い岩石核として形成されたと提唱する。
• 原始惑星段階における高い内部圧力によって、岩石核が現在の半径のおよそ64%に圧縮されたとモデル化する。
• ガス被膜の除去が拡張を引き起こし、大陸縁辺で亀裂形成が開始されることを示唆する。
• 新しい海洋殻の形成はマントル内の体積拡張に起因し、玄武岩が押し出されて重力的クランプにより低いポテンシャルエネルギーの領域へ流れる。
• 沈み込み帯は、押し出された玄武岩が遠く離れた拡張亀裂へ流れる場所であると再解釈し、実際のプレート運動を伴わない。
• 拡張の駆動要因としてマントル対流を否定し、代わりに亀裂形成と玄武岩の充填を主なメカニズムとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去の惑星拡張を仮定せず、地球の連続的な大陸殻をどのように説明できるか？
• RQ2 地球の岩石核が現在の半径のおよそ64%に圧縮されたという観測に合致する地球物理学的メカニズムは何か？
• RQ3 中洋海嶺の過程を、マントル対流とプレートテクトニクスではなく、押し出された玄武岩の重力的クランプとして説明できるか？
• RQ4 海洋殻の最も古い年代（約2億年）に制限されない場合、地球の拡張の時間スケールはどの程度か？
• RQ5 原始惑星形成モデルは、標準太陽系形成モデルにおける核質量の矛盾をどのように解消するか？

主な発見

• 地球の岩石核は、木星に類似した原始惑星内に形成された際、現在の半径のおよそ64%に圧縮され、連続的な大陸殻の形成を可能にした。
• 原始惑星のガス被膜の除去が地球の拡張を引き起こし、大陸縁辺で亀裂形成を通じて開始される。
• マントル内の体積拡張に起因する玄武岩の生成が中洋海嶺で起こり、押し出された玄武岩は重力的クランプにより海底を流れ、より低い重力ポテンシャルエネルギーの領域へ移動する。
• 沈み込みに類似した特徴は、実際にはプレートの収束や沈下ではなく、押し出された玄武岩が遠く離れた拡張亀裂へ流れる現象として再解釈される。
• マントル対流は拡張を駆動するものではなく、時間スケールも海洋殻の2億年という制限を受けない。
• 本モデルは、非対流的で拡張駆動のメカニズムと観測された地球物理学的特徴を調和させ、標準的なプレートテクトニクスのパラダイムに挑戦する。