マントル対流は実証されていますか？

質問

プレートテクトニクス説の根拠となっているマントル対流論は、もともと大西洋底の分離を説明するために考え出された仮説です。科学的な理論であるためには、実験などにより、実証されなくてはなりません。
対流というのは本来、お湯や味噌汁で見られるようなものです。中央部で上昇して表面に達した後、360度、周辺部に向かって放射状に拡散するはずです。中央海嶺で線状に湧き出る上昇流も、左右に板状に分離する対流も、それらの存在が実証実験されたわけではありません。
受け売りでマントル対流論を持ち出す科学者や学校の先生たちに、勇気を出して質問してみて下さい。「そういう実験を見たことありますか？」と。

回答No.14

nikkunemuganai

＞　マントルの岩石は固体であっても、蜜蝋や氷河のように流動するかも知れない、と最初は控えめに言われました。ところがそのうちに、いや流動するはずだ、と変わりました。そしてついには、ハワイが日本に接近しているのが観測された後、岩石は確かに流動した、となりました。しかし、岩石って本当に対流できるのだろうか？という根本的な問いは、まだ答えられていないままです。
数千度と数百気圧の所で数百年かかる物を再現実験してみろと？
そりゃ実験はされてないですが、他の方が言ってるように
適切な仮説という点では問題ない訳で
立証出来てるかどうかとは別問題だと思いますよ

＞　プレートの沈み込みの境界にパイプを突き立て、それが長い年月の間に本当に曲がるだろうか？というような実験を、私も見てみたいです。
たぶん、その実験はあまり意味をなさないような気がします
今現在でも、プレートの沈み込み境界付近では、地盤のズレが確認出来ています
音波探知とかで、地底の内部を解析して、ズレてると確認出来てたと思いますけど

＞　味噌汁の対流が、何故、本のイラストのようにならずに、そこいら中でモコモコするのか？私も不思議に思っています。
予測は出来ます
中の物が均一でないからです
純水とか、水溶性の物で均一に出来るなら理想的な液体になって
計算で出るそのままの様子が見れると思いますが
味噌汁は固体系の不純物が混じってます
それが理想的な状態から離れていってる理由かと
岩石も均一な状態にするのは難しいと思うので、仮想モデルというかイメージとして考えるには適切だと思います

回答No.13

nikkunemuganai

＞しかも、その場所とパターンを絶えず移動させ続けています。

新しく大地溝帯が出来ています
パターンを絶えず移動させ続けてると言えるのでは？

＞マントル対流を一部分だけ断面図として描くイラストに惑わされてはいけません。
＞どこで沈み込むのかあいまいな箇所がいくつもありますが
＞それよりも、沈み込んだ対流がその先、マントル下部のどのような経路を辿って対流の円環を完成させるのか
＞3次元的に想像してみて下さい。そのような対流などあり得ない、とあなたも思うようになることでしょう。

3次元的に考えるなら
地球は球形でコアの表面積に対して地表の表面積の割合にかなり差がある事
味噌汁は水に固体を混ぜた物だがマントルは岩石が溶けた物で物性が違う

味噌汁を例にして話すのは、イメージしやすいからであり
それがそのまま事実を表してる訳ではない訳で
それをもって仮説が間違ってるというのは変な話だと思いますよ

補足

岩石の対流
　＞地球は球形でコアの表面積に対して地表の表面積の割合にかなり差がある

　良いご指摘です。回答10への補足に書いたように、球体内での対流実験を私も見てみたいと熱望しています。

　＞味噌汁は水に固体を混ぜた物だがマントルは岩石が溶けた物で物性が違う

　味噌汁と岩石とでは物性が違うというご指摘ごもっともです。ところで、岩石の対流実験を見たことはありますか?
　マントルの岩石は固体であっても、蜜蝋や氷河のように流動するかも知れない、と最初は控えめに言われました。ところがそのうちに、いや流動するはずだ、と変わりました。そしてついには、ハワイが日本に接近しているのが観測された後、岩石は確かに流動した、となりました。しかし、岩石って本当に対流できるのだろうか？という根本的な問いは、まだ答えられていないままです。
　プレートの沈み込みの境界にパイプを突き立て、それが長い年月の間に本当に曲がるだろうか？というような実験を、私も見てみたいです。

　味噌汁の対流が、何故、本のイラストのようにならずに、そこいら中でモコモコするのか？私も不思議に思っています。

回答No.12

teppou

No.2,4,8です。

　質問文をもう一度よく読みました。ご質問がいわゆる素朴な疑問として「マントル対流は確認されたのか」という内容であれば、「確認されていません」というのが私の回答です。

　しかし、このご質問は私には、実証されていない説を発表すべきではない、実証されていない説を前提とした説を発表すべきではないと言っているように思えましたので、前回答となりました。

　実証されていない説を発表すべきではないというのが質問者のご説だと仮定して、私の意見を書きます。

　ご説のようにすべきという事になると、地球内部に関わる説は発表できなくなりますし、太陽に関わることや宇宙の事についても発表すべきでないという事になると思います。

　そんなことはないのです。推定に推定を重ねた説でも発表することは悪い事ではありません。直接的な証拠がない説は発表してはいけないという事はないのです。

　その説について、皆で検証すればよいのです。

　STAP細胞については、いろいろ別の問題もありますが、研究者が発表する価値があると思った時点で、発表すればよいのです。それを世界中で検証すればよいのです。

　発表されて葬り去られた説などごまんとあります。

　マントル対流説も相応の確かさがあると多くの研究者が認めたから生き残っているのです。

　それから言葉の件ですが、実証も検証も同じような意味ですが、実証と言うと説の真偽を問うという事になると思います。
　検証と言っているのは、仮説と実験・監察結果が、どの程度合うかを比べるという意味です。

　仮説に真偽はないのです。ここのところが一番見解のわかれるところだと思います。

　ある本に書かれていましたが、仮説に白黒をつけることはできない、白に近いグレーであるか、黒に近いグレーであるかの違いしかない。

　全くその通りだと思います。

　最後に、ニュートンの万有引力の法則は実証された事実なない、という事を申し上げておきます。

　そんなことはないというなら、どのように実証されたのかを示して下さい。これだけ有名な法則ですから、もし実証されていれば、調べてわからないという事はないでしょう。

　万有引力の法則は、観測事実に照らして矛盾はないと検証されたのです。同じく矛盾のない仮説が出る可能性はあります。

　もう一つ最後に、同じ指紋は二つとないという事が実証された事実はありません。
　実証する方法がないのです。
　それでも現在この説は広く支持されています。

回答No.11

雪中庵（@psytex）

#10です。
すみません、図の添付を忘れました。

補足

「3次元的に想像してみて下さい」という私の言い方は、「長い連続的な中央海嶺を上から透視出来るものだとして」という意味で使いました。中央海嶺が曲がっている辺りや中央海嶺だけに挟まれている地帯では、どのような対流が想像出来るでしょうか？
　と言ってみても、私の言いたいイメージが伝わるとは思えません。もっと具体的に話しましょう。
　アフリカ大陸東部は、中央海嶺や中央海嶺と同類の湧き出し口である大地溝帯などがいくつもあるのに、沈み込み帯は全くありません。あなたの提示されたイラストは、プレートテクトニクス説に最も都合の良い地帯の断面図です。その図の代わりに、アフリカ大陸下の対流パターンを示す断面図をご提示下さい。

回答No.10

雪中庵（@psytex）

#9の者です。
海洋プレートの沈降点である海溝は、マントル対流の
沈降点とは異なります。
あくまで中央海嶺でマントル対流の上昇流のオマケと
して噴出した海洋プレートが、その対流に引きずられて
移動し、再び沈み込んで溶ける場所に過ぎません。
大ざっぱに言って、マントル対流の沈降点は、海洋プレ
ートが沈降する時に一部を大陸プレートに付加体と
して残して寄せ集まった、大陸の下にあるはずです。

マントル対流の図（下図）を見ても分かるように、
いわゆる「蜂の巣状の対流セル」を作るには、対流
深さが大き過ぎます。
古地磁気に残されているように、約１億年前まで太平
洋プレートは南から北に移動し、日本の中央構造線を
形成し、その南側に赤道付近で形成されたサンゴ礁に
由来する石灰岩の付加帯が多く残されています。
当時のマントル対流の上昇点は、赤道に沿って線上に
伸びていたと考えられます。
対流を招く主原因は温度差（比重）と重力であり、
この場合温度差は放射冷却による沈降であり、それは
全表面から放射するのに対し、重力は赤道付近では
遠心力で相殺され、沈降を起こすのは両極＝上昇する
のは赤道付近であって自然なのです。

ところが、冷却と、対流における比重の重い金属成分
の分離によって、マントル対流の下の中心核が大きく
なり対流深さが狭くなると、赤道と極の間の対流には
無理が生じ、赤道の上昇流（中央海嶺）のラインは、
北に３本の分岐（太平洋中央海嶺、大西洋中央海嶺、
遅れてインド洋中央海嶺）を伸ばしながら後退して
南極海の海嶺になったのです。
その「後退」により、南極の沈降点の周囲に広がって
いた南のゴンドワナ大陸（有袋類の王国）の周辺部は
切り取られて北上し、南米、アフリカ、インド亜大陸
として、北のローラシア大陸にくっついたのです。

補足

裸の王様
　イラスト入りの詳しいご回答をありがとうございます。
　しかし私には、あなたの織られる布が全く見えません。
　プレートテクトニクスが隆盛になって以降、多くの地球科学者たちが勝手気ままな物語を紡ぐようになりました。「大陸はどのように水平移動してもよい」「地球深部の現象は、地震波以外に調べようがない。したがって、検証しなくてよい」となると、次から次へと新しい仮説や分野が出現するようになりました。「付加テクトニクス」「プルームテクトニクス」などが、そうした新分野です。「検証」という錨や舵を失ってしまい、「地球物理学号」は漂流状態にあるかのようです。

　[いわゆる「蜂の巣状の対流セル」を作るには、対流の深さが大き過ぎます。]
のご指摘は的を射ています。では、地球のような球体において、核の大きさをいろいろに変えた場合どのような対流セルが出来るか？ 実験してみる以外はないでしょう。
　そのような実験はシミュレーションによる以外ないかな、とも思いますが、無重力空間で出来たら面白いだろう、と最近の科学ニュースを見ていて思います。
　もともとは、「球体の中で核の大きさが変わると、対流のパターンがどのように変わるか」を示すチャンドラセカーの図 (「地球の科学」竹内仁、上田誠也共著、NHK出版、1964) を見た時に始まります。これは間違っていると考えました。重力は地球の中心にあるのだから、北極で上昇して南極で沈む対流はあり得ない。あるとすれば、両極で上昇して赤道で沈むのが最少のセルによるパターン。核が大きくなり、対流が浅くなるにしたがい、セルは倍々に増えていき、最終的に蜂の巣状のベナール渦になる、というのが私の予想です。しかしそれを検証するには、無重力空間で実験するしかない。
　そう考えた私は、1978年、スペースシャトル内での実験案求む、という朝日新聞社の公募に応じ、不採用になりました。宇宙空間に熱対流はない、というのです。キャベンディッシュの実験の原理からして、重金属球を核とする対流実験装置を作ることは可能なはずです。とは言え、あまり一般受けする実験ではなし、どのぐらいの大きさの装置になるか、見当もつきません。
　最近になって、宇宙ステーション「きぼう」でマランゴニ対流実験が行われていると知り、昔の思いが再燃しました。いつか、マントル対流実験が本当に見れたらいいな、と夢見ています。

（チャンドラセカーの図を添付するつもりだったのですが、補足質問には出来ないみたいです。スキャンしてワードに移し、コピペして補足入力したのですが、図だけ入りません。図はご想像下さい。）

回答No.9

雪中庵（@psytex）

#5の者です。

分子は磁性があり、物体を強い磁場においてそれぞれの分子の
方向性をそろえると全体が磁性を帯びます。
逆に熱して激しい分子運動をさせると脱磁します。
噴出した熔岩が冷却して固体化する時、その環境の磁場に従った
磁性を帯びるのです。
大陸の堆積層における古地磁気の場合は、分子単位ではなく、
堆積する細かい粒子の持つ磁性が、堆積時に環境の磁場の
影響を受けるのです。

（対流セルの話は下記などをご参照下さい）
http://www.jsme.or.jp/ted/NL56/TED-Plaza_tasaka.htm

お礼

味噌汁の対流
　地磁気の縞模様の生成について、頂いたご回答は、本などに書いてある通りで、私も読んで知っています。私の質問は、縞模様を作るために工夫された実験を知りませんか?というものです。しかしここでは、これ以上の問題にしたくはありません。
　味噌汁の対流実験のサイトをお教え下さり、ありがとうございます。このサイトを読んで、ああそうだったな、と思い当たる部分もありました。
　竹内仁氏の「続地球の科学」(NHKブックス、1970)には 味噌汁の対流のイラストがあり、お椀の中央から湧き出した対流が縁の方から降りていく、として描かれています。ところが実際に目にする味噌汁の中では、モコモコとした対流があちこちにできるだけで、しかも、その場所とパターンを絶えず移動させ続けています。
　ただし、近似的には６角形のようでもあり、太陽表面に同様なパターンができることとも思い合わせ、蜂の巣型をしたベナール渦が出来ていることは間違いないでしょう。
　では、実際の地球にベナール渦を当てはめた場合、どこが対流の湧き出し口になり、どこが沈み込み口になるべきでしょうか？
　仮に、対流実験により直線の湧き出し口を生み出すのに成功したとしても、中央海嶺がそれだということにはなりません。中央海嶺は、地球の円周以上にえんえんと続く巨大な構造物です。ベナール渦の一辺の長さをはるかに超越しています。
　マントル対流を一部分だけ断面図として描くイラストに惑わされてはいけません。どこで沈み込むのかあいまいな箇所がいくつもありますが、それよりも、沈み込んだ対流がその先、マントル下部のどのような経路を辿って対流の円環を完成させるのか、3次元的に想像してみて下さい。そのような対流などあり得ない、とあなたも思うようになることでしょう。
　ウェーゲナーは、マントル対流説の存在を生前に知っていながら、それを大陸移動説の原動力として取り入れるのに乗り気ではありませんでした。その気持ちがよく分かります。

回答No.8

teppou

No.2,4です。補足にお答えします。

　プレートテクトニクス仮説はマントル対流仮説が前提です。
　しかし、マントル対流仮説が検証されないとプレートテクトニクス理論は意味がないとは言えないのです。

　プレートテクトニクス仮説により、それまで説明のできなかった多くの事象に説明がついたということも確かです。

　現在の研究成果によれば、海洋底が動いているという事を否定するのは難しいと思います。

　プレートテクトニクス仮説が確立したのは 1968年です。
　それまでは地震の原因は、いくつかの仮説はあったもののよく分らないとされていました。
　プレートテクトニクス仮説発表後すぐに海溝型地震は、プレートの沈み込みと反発が原因だとする考えが、多くの研究者の共通認識となりました。
　その後しばらくして、内陸型地震もプレートの移動が遠因の活断層の動きだという事が共通認識になりました。
　まだその歴史は、５０年に満たないのです。

　地震の原因については検証されつつありますが、その過程でいろいろなタイプの地震が見つかっています。
　現在までの仮説で説明できない現象が発見されたからと言って、ただちに仮説が間違っているというわけでもありません。
　反証があるからといって直ちに元の仮説が間違っていることにはなりません。
　新たな仮説が立てられるかもしれません。

　地下深くまでパイプを通してプレートの動きを検証するとしても、パイプが曲がっても曲がらなくても対応する仮説ができるでしょう。

　真実は一つであったとしても、人間はその真実にどの程度近づいているのか誰にも分かりません。

　正しい仮説と間違った仮説の二通りの仮説があるわけではありません。
　よりよい仮説と、あまりよくない仮説があるだけです。

　マントル対流説の実証が行われないうちは、プレートテクトニクス仮説は引っ込めるべきだという考えは、自然は科学で解明されたとする考えと裏表です。

　全ての仮説は検証されつつ発展していくものです。
　そういうわけで、常に仮説の検証を怠ってはいけないのです。

　よく実証という言葉を使われていますが、実証できる自然現象はあまりないのです。
　検証が終了した考えられといる仮説はあまり多くはありません。

補足

検証実験は大切です。Nature誌に発表する前に、誰かが批判的な目を持って実験をしていたら、STAP細胞騒動は起こらないで済んでいたことでしょう。
　プレートテクトニクス説においては、何かが起こった後での説明や、説明のための実験は得意ですが、それを検証しようとする実験は極端に少ないです。マントル対流の実在を検証しようとする実験を見たことはありますか？というのが、私の質問の骨子です。

回答No.7

nikkunemuganai

ええと、論理的に書けば
仮説ですが、実証方法を知ってるなら、教えていただきたい
という感じでしょうか
あとは、それ以上に上手く説明出来る説を教えてください
という回答もありますね

あと、一つ間違ってると思うのは
味噌汁をよく観察すると分かりますが
３６０度放射状に拡散する場所は極端に少ないです
板状になる箇所が多いと思うのですが
３６０度というのは観察の結果なのでしょうか？
さらに言えば、表面積が広い地球の状態で
点で上昇してくるのは相当難しいはずですが
そこらへんはお考えになってるのでしょうか？

補足

味噌汁の対流については、回答#9へのお礼の中で扱います。

回答No.6

久保 泰臣（@omi3_）

話はそれて申し訳ありません

地球は秒速30kmで動いているので、
光の速度は方向に依って変化するはずだ。
と、多くの研究者がお金を費やして実証しようとしました。

アインシュタインは悪いヤツで、
思考実験だけで理論を構築したのです。

地震波グラフとシュミレーションで、
地球内部の温度、構造、組成、ヒマラヤの上昇率、
を推定している時代です。
自動で、係数の設定もできているでしょう。

現場をおろそかにしていい訳ではありませんよ。
理論の不十分さを暴くのも大切です。

余談
科学は、教え、預言、偶像崇拝、があるので宗教です。
預言が当たれば信用されます。　それで十分でないですか？
宗教者と違い、当たらなければ悲惨ですけどね。

宗教の悪が酷かったので幕府（秀吉?）はキリスト国を廃除しました、
不正は暴くべきですが、　正しそうな理論は使ってもよいのでは？
もっと、他に工夫することがあるでしょうに。

私は、PC8001で、惑星軌道シュミレーションをして、
地球さえスイングバイで消し去ってました。
オールトの雲はそうして外縁部に行ったそうですね。

補足

科学は宗教ではない
　私は科学大好き人間です。しかし、世の一般的な科学信奉者とは違い、科学雑誌などに書かれていることを鵜呑みにはしません。他の分野で言われていることと突き合わせ、矛盾してないかと考えた後、納得がいったら受け入れます。
　科学は、信ずるか否かが最も重要な判断基準である宗教とは遠く隔たるものです。ましてや、好きか嫌いかが基準となる芸能の世界とは、更に隔たっています。アインシュタインを神格化してもならないし、相対論を聖典にしてもなりません。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

＞対流というのは本来、お湯や味噌汁で見られるようなものです。
＞中央部で上昇して表面に達した後、360度、周辺部に向かって
＞放射状に拡散するはずです

そのような対流セルは、底面での加熱が優勢な場合です。
表面での放射冷却が優勢な場合には、沈降点が生じ、その
周囲に上昇流の境界セルが形成されるので、海洋プレートを
形成するセルの境界が上昇流であり、海洋プレートを形成
する中央海嶺となる事に何の矛盾もありません。
海洋プレートには、過去の地磁気の転換の痕跡が残っており、
同じ痕跡が地層にも残っているので、海洋プレートにはテープ
レコーダーのように、形成と移動の経歴が残っています。
中央海嶺で噴出した溶岩は、固まって固体のプレートになるので、
沈降点は「点」にはならず、海溝として、中央海嶺と同様の線状
になっています。

補足

地磁気の縞模様
「沈降点の周囲に上昇流の境界セルが形成されるので、海洋プレートを形成するセルの境界が上昇流であり」という部分、全く分かりません。図で説明していただけると助かります。もしくは、このサイトを読んだら分かりますよ、というようなウェブ、あるいは動画をお教え下さい。
　地磁気の縞模様の問題を持ち出されたのは良いですね。いつか、その問題だけの質問をしてみたいです。あれは本来、海底地殻の地磁気の強弱を表わす縞模様だったはずです。磁極の南北の逆転がどのようにして地磁気の強弱の異常に影響を及ぼすのか、が理解できません。この問題も、地磁気の縞模様を生み出す実験が工夫されると素晴らしいです。