2025.05.06
ξ
匸P　　コーヒーブレイク　

　　　　　めざせマントル！
　 地球を掘る地質学者の冒険

　　　　　みちばやしかつよし　　
　　　　　　　道林克禎 著　　　岩波科学ライブラリー331　　2025.03.05
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　1970年、大阪万博アメリカ館で展示された「月の石」は、博覧会の目玉であった。
　アポロ計画は、1961年に始まり、予定通り人類は月面着陸に成功した。月の石は
その証しであった。だが、「月の石」の採取より前に、綠色のカンラン石を地球内部
マントルから直接掘りだす計画があったことを私は知らなかった。アポロ計画の影で、
早い時期に消えたが、海洋底深くを直接ドリルし、カンラン石を採取するという
壮大な夢は、1957年にアメリカのウォルター・ムンク教授が提唱したものであった。
　巨大地震は、地球内部を対流するマントルの力で起きる。プレートテクトニクスは、
この60年で、数十枚のプレートが中央海嶺で生成され、海溝に沈降し、巨大地震を引き
起こすことを確かめた。だが、地球内部の調査は、まだ端緒についたばかりだ。
　海洋底からマントルまでの厚さは、たった6kmだが、その距離は月面よりも遠い。　
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　アメリカの気まぐれは、今に始まったことではない。地球の成り立ちを知るための
マントル掘削プランは、1957年にムンク教授が提唱した。モホール計画と銘打たれた
掘削計画は、3段階に分かれ、第1段階は、1961年にスタートしている。メキシコの、
グアダルーペ島付近、水深3558mの海底をドリルし、183mほど掘った地点で玄武岩を
回収することに成功した。この掘削は、地震波速度構造の第2層が、固化した堆積物
ではなく、火山岩(玄武岩)であることを、世界ではじめて実証した。
　海洋底の構造は、地震波の到達速度で、以下の4層に分類される。
　1層.深海性堆積物(地震波到達速度:1.5～2.5km)　
　2層.火山岩もしくは固化した堆積物(地震波到達速度:4.0～6.0km)　
　3層.塩基性火成岩(地震波到達速度:6.4～7.0km)　
---------　モホ面　---------------------------------------------
　4層.超塩基性岩=マントル(地震波到達速度:7.9～8.4km)　
　1.2.3層.は海洋地殻であり、厚さは約6km。この海洋地殻と、4層との間をモホ面と
いう。モホ面とは、モホロビッチ不連続面の略で、地震波速度が突然変化する面の
ことで、大陸地域で平均約35km、海洋地域では、海水面から約10kmの深さにある。
　1960年代後半、プレートテクトニクスは広く認知され、今では常識となっているが、
それ以前に地学を学んだ世代には、まさに驚愕の新事実であった。
　ハワイ諸島は、太平洋に沈みこみながら、一年に10センチ程度の速度で、次第に
日本に近づいていると、はじめて聞かされて、にわかに信じられるだろうか。
　輝かしい成果をあげた第一段階に続き、第2段階は1962年から63年で、ハワイ沖の
ノースアーチで実施され、海面下9.5kmにモホ面があることを確定した。
　第3段階は、マウイ島北西に候補地を定め、1965年1月に、マントル掘削を実施する
ことまで決まったが、アメリカ人の興味は、地球内部より宇宙の方に向かい、アポロ
計画が優先された。1966年、予算総計は、1億6000万ドルに肥大化し、政治的論争に
巻き込まれたモホール計画は、連邦議会で中断が決議された。
　それからほぼ60年が経過するが、地球の内部構造は、ほとんど理解できていない。
　欧州では、陸地に露出したマントル痕跡を調査する、フランスの学者チームが
活動を続けていた。アフリカ・アラビア半島の東端、オマーン国に、地上に露出する
プレード境界がある。ニズワの町並みの向こうに広がる黒い山脈は、長さ500km以上の
オフィオライトという複合岩帯で、海洋底が地殻が、陸地にせり上がった珍しい地形だ。
　表面は蛇紋岩だが、内部にあるカンラン岩の保存状態は良い。
　1970年代に英米の研究者が精力的にここを調査し、1981年に研究成果を集大成して
発表した。その後、南フランス・モンペエリ大学のチームは、独自の研究を続け、
1988年に、従来とはまったく異なる中央海嶺下のマグマだまりモデルを発表した。
　筆者は、留学先としてこの大学を選び、マントルを研究する生活に入った。
　オフィオライトは、下位から上位へ、超塩基性岩、斑糲(はんれい)岩、岩礁状岩脈、
塩基性枕状溶岩、チャート層が積み重なっている(広辞苑)。オフィオライトの採取に
携わるチームには、アドルフ・ニコラ教授、フランソワーズ・ブーディエ教授らが
いて、毎年、各層で特徴的な岩石が露出する地点をプロットして掘削していた。
　筆者は、年齢の近いブノワ・イルデフォンス博士に面倒を見てもらい、はじめての
フランス生活に馴染んだ。1998年1月、たまたま調査に同行する予定の大学院生に
欠員が出た。ランチの時間に悩んで話していた両教授は、近くにいた筆者に気づき、
オフィオライト掘削現場に同行しないかと誘ってくれた。すぐに承諾した筆者は、
イルデフォンス博士、ブーディエ教授らとオマーン国に入り、ニコラ教授が到着する
までの1週間、近くの町の定宿で待機した。
　この研究フィールドは、1月でも日中は暑い。そこを徒歩で移動して岩石を採取する。
　現地の岩石採取は、概ね次のように進められていた。1km四方のメッシュ内に1個の
割合で岩石試料を採り、その地点の露頭を記載していく。ハンマーで岩石を割る前に、
岩石上に水平線と磁北をマーキングし、この岩石を持ち帰って構造確認作業を行う。
　メモを書く時間が惜しいので、ハンディ録音機に記録する方法を取っていた。

　海洋底地殻が地表に露出した地形が北海道にある。幌満(ほろまん)カンラン岩体だ。
　日高山脈の南、襟裳岬先端近くに位置する、標高約900メートルのアポイ岳に、
カンラン岩が露出している。オマーン国と違い、気温もほど良い。
　2002年に、4年に一度、世界のマントル研究者が集まる国際会議が、この襟裳岬の
様似(さまに)町で開催された。会議の名称は、レルゾライト国際会議という。
　レルゾライトは、カンラン石を多く含むカンラン岩の名称だ。様似町の付近を流れる
幌満川には、カンラン岩でできた砂利がある。川底に見える綠色をした小石は、すべて
マントル由来だ。和名のカンランは、橄欖という常緑高木に由来しているが、欧米でも、
結晶の色がオリーブに似た色なので、オリビン(Olivine)と名づけられている。
　マントルは基本的にカンラン石を主とした緑色のカンラン岩成分で構成されている。
　カンラン岩は、3種類の鉱物、カンラン石、直方輝石、単斜輝石を含み、その量比に
よって呼称が変わる。カンラン石を40%以上含むのがカンラン岩だ。40%未満の岩は、
輝岩と呼ばれ、カンラン石ウェブステライトと、ウェブステライトに分類される。
　カンラン岩は、4種類に分類され、ダナイト、レルゾライト、ハルツバージャイト、
ウェールライトに分かれる。ダナイトは、カンラン石の純度90%以上で、ごく少ない。
　ペリドットという宝石は、紅海の孤島で取れるカンラン石を加工したものだ。
　カンラン岩を代表する鉱石は、レルゾライトで、カンラン石を40%以上含有しており、
鮮やかな綠色を呈する。直方輝石は濃綠色、単斜輝石は青綠色をしている。
　オマーン国のオフィオライトは真っ黒な蛇紋岩化した岩石だが、幌満カンラン岩体の
岩石は、輝いて見える。幌満は、まさにマントルの模式地だ。
　深い海底の高温高圧下で、マントルは水と反応し、蛇紋岩に変わる。地表にあり、
厳密にカンラン岩と言って良いものは、幌満カンラン岩くらいのもので、その他は
蛇紋岩になっている。幌満カンラン岩でさえ表面は黄色く風化し、ロックハンマーで
割ってはじめて綠色のカンラン岩が現れる。付近の幌満川の流水にある、ピカピカの
カンラン岩の小石は、宝石のようだが、これらも本物のマントルではない。
　もし本物を採取できたら、どんなに鮮やかな綠色を呈しているのだろう。
　筆者は、マントルのカンラン岩を掘り出し、研究したいとの思いをつのらせた。
　様似町のホームページを開くと、かんらん岩が地上に露出する様子のアニメ動画と、
アポイ岳の岩肌を撮影した映像を見ることができる。(美しい高山植物の映像もある)
　プレート境界で、地球内部に海底地殻が沈み込むイメージ動画は良く見るが、互いに
衝突したプレートの一方が反り返り、片方のプレートの上に乗りあげるケースがある。
　様似町の幌満カンラン岩は、このケースだ。地球の内部構造は、良く卵に見立て
られるが、卵の殼同士が衝突する場所は、大抵海底にある。それが、陸上にあり、
地球内部の様子を垣間見ることができるのだから、まさに希有な場所だ。
　半径6400kmの地球を輪切りにすると、中心に金属球体の核が形成されている。
　卵の黄身に相当する部分だ。核を包む、粘度の高い流体部分がマントルで、ここは
卵の白身に相当し、全容積の8割を占めている。マントルの厚さは約2900kmもある。
　地球内部はマントルが大半を占め、カンラン岩とその高圧相を主成分としている。
　卵の殼、地殻部分の厚さは、たった6～80kmしかない。これは地球の半径6400kmと
比べると、驚くほど薄い。一番薄いのが海洋底で、厚い部分に大陸がある。
　マントルはゆっくりと流れている。この動きをクリープという。マントルが流れる
クリープ速度は、数千キロを移動するのに、数千万年かかる。その移動痕跡は、
１センチメートルに満たない鉱物結晶の組織に記録されている。これをクリープ痕跡と
いうが、数ミリサイズの少数の鉱物の形や配列を、丁寧に観察していると、かすかな
定向性を示しているのが見えてくる。少数の鉱物は、直方輝石、単斜輝石、スピネル、
斜長石、ガーネットで、スピネルと直方輝石は、面状に配列し、面構造(Foliation)を
示す。面構造上には、ある特定の方向に伸張した結晶の、線構造(Lineation)がある。
　岩石標本は、一個づづ「面だし」をして、この面構造、線構造を同定していく。
　硬い鉱石を研磨し、面構造と線構造を見つける作業は、想像を絶する緻密な作業だ。
　小さな結晶が定向性を示す平面を見つける作業は、慣れていても簡単ではない。
　先ず岩石カッターで岩石の端を切断して平面をいくつか作る。するとカンラン岩の
切断面上に、小さな鉱物結晶が、ちらほらと見える。その平面上の結晶の配列を調べ、
二次元の拡がりを持つ面構造を決める。さらに面構造上に、かすかな定向性を示す
線構造を見つける。こうして、毎日届けられる岩石標本を、正確に記載していく。
　物質がどのように流れるのかを解き明かす学問分野をレオロジー(Reology)という。
　地球に関するレオロジー研究は比較的マイナーで、あまり知られていない学問領域だ。
　プレート境界は、離れる、ぶつかる、すれ違うの、３つのどれかにあてはまる。
1.離れる発散境界は、中央海嶺、海底山脈で起きている。マグマは中央海嶺のすぐ下に
溜り(マグマ溜)、噴出して玄武岩を形成し、海洋地殻となって広がっていく。
2.ぶつかる収束境界は、海洋地殻が沈み込む場所で、深い海溝を形成する。
3.すれ違う境界は、トランスフォーム断層という。
　ほとんどのプレート境界は海底にあるので、収束境界で地殻が沈み込むとき、水が
浸透する。その水はマントル深部で暖められ、脱水してウェッジマントルになり、
マグマに溶け込み、島嶼の火山活動で地表に戻る。筆者はこれを地球リサイクルと
呼んでいるが、これを地上で確認できるのが、オマーン国のオフィオライトだ。
　だが地上のオフィオライトを研究するのは、地球科学の第一歩であって、地球全体を
知るためには、地球表面の7割を占める海洋底を調査しなければならない。
　日本は欧米と協力し、2003年から、IODP(Intermational Ocean Drilling Program:
国際深海科学掘削計画)を立ち上げた。歴史的には、1968年にアメリカが導入した
グローマーチャレンジャー号がある。8年間で約70万kmを航海し、7000mの深海底を含め、
624ｹ所で、1053回の掘削を行い、総延長97kmに及ぶ堆積物と岩石を掘りだした。
この最初の掘削で、海底拡大説が検証された。その結果、最も古い海底でもわずか
2億年前のプレートしか存在しないことが明らかになった。
　2003年に始まったIODPは、アメリカ主導のジョイデスレゾリューション号に継承され
運営されてきた。日本ではJ-DESC(日本地球掘削科学コンソーシアム)が2003年2月に
設立されている。筆者は大学で隣りの部屋にいた海野教授に誘われ、2005年1月に
アメリカ主導で実施された第305次航海に参加した。ジョイデスレゾリューション号に
乗船し、北大西洋の中央海嶺にあるアトランティス岩塊・メガムリオン地形の調査を
行った。メガムリオンは、海底でマントル物質が露出してできたドーム状の隆起地形だ。
　海底1656メートルまで掘削用のパイプを下ろし、この岩塊を10メートル掘進して、
その都度、岩石を回収する。回収した円柱状の岩石コアは、船内にあるロガーと呼ぶ
計測器に通し、岩石の抵抗値、密度、弾性波速度など、物性値を計測する。
　その後、岩石コアを半分に切断し、大きく5つの班に分かれた研究者が分担して、
岩石コアの表面を記載していく。5つの班は、岩石名を特定する岩石班、変形程度を
見積もる構造班、組成を分析する化学班、物性を計測する物性班、岩石内の微生物を
調べる生物班で、各班は、12時間交代制のワッチと呼ばれる活動時間帯で、併行して
作業する。AM8:00～PM8:00の朝ワッチに入れば良いが、PM8:00～AM8:00の夜ワッチに
入ると、船内の生活リズムと合わず、食堂のメニューには恵まれない。
　筆者は夜ワッチで苦労した。そしてなにより船酔いが強敵であった。
　しかしありがたいことに、船のスタッフが、船内で必要な食事も洗濯もケアして
くれたので、掘削コアの分析に専念することができた。
　このときの掘削で、塊状のハンレイ岩は回収されたが、深度600メートルを越えても
カンラン岩は出てこなかった。議論の末、場所を変えないで、さらに深くまで掘削する
ことになり、1415メートルまで掘進したが、出てきたのはハンレイ岩ばかりであった。

　本書コラム１で、筆者は卒業研究テーマ・断層岩のことを紹介している。
　日本列島の構造線(中央構造線、糸魚川・静岡線、棚倉構造線)の下には、ナウマンが
命名したマイロナイトがある。構造線の断層岩が割れているのは、実は表面だけで、
地下10km付近を越えて、温度が300度以上の深さになると、ゆっくりと流れている。
　マイロナイトは岩石なのに、流れて(クリープして)いるのだ。固体でありながら
流れる不思議な鉱物、マイロナイトの研究が、マントル研究に大いに役立ったという。
　日本列島の太平洋側には、千島・カムチャッカ海溝、日本海溝、伊豆・小笠原海溝が
ある。グアム島西側のマリアナ海溝には、世界最深、1万920メートルを観測した
チャレンジャー海淵もある。これらの海溝は、｢しんかん6500｣の潜水限界を越える。
　フィリピン海には、長さが100kmにも及ぶゴジラメガムリオンもある。
　2023年2月、ゴジラメガムリオンは、正式な海洋底地形名になった。
　小原康彦博士ことヤスさんは、1998年に、マリアナ海溝のカンラン岩に関する論文を
発表している。1992年、東京大学海洋研究所は、学術研究船｢白鳳丸」による調査で、
大量のカンラン岩を引きあげた。2005年、ヤスさんからもらい受けたこのカンラン石の
結晶方位ファブリックを調べていた静岡大学の学部生・田阪美樹さんは、結晶軸の
ひとつがクリープ方向に一致していることを見つけた。これは画期的な発見で、早速
｢ネイチャー｣に投稿したが、残念ながら受理されなかったそうだ。
　2008年7月、筆者はマリアナ海溝で｢しんかい6500｣に乗り、6469メートルまで潜航
した。ここで採取した岩石も、田阪美樹さんが手際良く分析してくれた。2009年、この
成果を「しんかい6500」の用語も入れて、アメリカ地球物理学連合の国際誌に発表した。
　また、ヤスさんとの航海で、いつも同行する石井輝秋准教授に、オレゴン州立大学の
シャーマン・ブルーマー教授が、昔トンカ海溝で採取したというカンラン岩を、少し
分けてもらった。水深8731メートルから採取されたこの岩石は、綠色をしていた。
　地球深部探査船｢ちきゅう｣によるマントル掘削計画は、2011年3月、東日本大震災の
支援で、活動目的をこちらに振り向けたので、当初の計画は一時頓挫した。だが、
9月には、IODPの枠組みのなかで継続することが決まった。その後紆余曲折はあったが、
以前に、主要メンバー3人に銀座のふぐ料理を自腹で振る舞った友好関係が功を奏し、
2012年4月、国際的合意のもとで、マントル掘削に関する掘削概要申請書がIODPに受理
された。また2013年、コロンビア大学での会議では、従来のような10年計画ではなく、
30年計画を立案し、2050年までを見据えた長期的な枠組みの作成も合意された。
　2016年12月、オマーン国で第一期のオフィオライト掘削が始まった。掘削した試料は
翌年3月、日本の清水港に停泊する｢ちきゅう｣船内に運び込んで、集中して記載した。
　第一期分で、全長1500メートルのコアが届いた。1日に25メートルを記載するという
ハードワークとなったが、朝ワッチと夜ワッチの12時間交代、24時間稼働、2カ月間の
作業に耐え抜いた。｢ちきゅう｣に搭載されたX線CT装置は、岩石コアの内部構造を
立体的に画像化してくれた。X線CT装置の利用は、この分野の先駆けとなった。
　2017年11月の第二期では、ついにマントル由来部分を掘削した。総計3.2kmの長大な
掘削コアが得られ、この解析から岩石への浸水量が予想以上に大きいことが明らかに
なった。標準的な岩石カッターは、力不足であることも分かった。そこで半割作業は、
清水港近くの石材店におこなってもらった。こうした経験は、将来太平洋上で実施
されるマントル掘削の際に、おおいに役立つはずだ。
　筆者は、冒険家で富豪のビクター・ベスコボさん所有のプレッシャードロップ号に
乗船し、日本海溝の最深部の調査にも同行した。潜航船リミッティングファクターは、
2022年8月13日、水深9789メートルの最深部に着底し、日本人最深航記録者となった。
　第二期IODPは、2024年9月に終わった。｢ちきゅう｣は、2024年9月21日に、日本海溝の
水深6897.5メートル地点から海底下980メートルまでを掘削し、総延長7906メートルの
世界記録を樹立した。日本は、アメリカ抜きで第三期IODPを始めることを決定した。
　だが「しんかい6500」は建造から35年が経過しており、どんなに老朽化対策をほど
こしても、2040年代までに耐圧殻の耐用年数を迎える。筆者らは、｢ちきゅう｣による
前弧マントル掘削計画を数年先に実現させるべく、第三期IODPに提出する掘削提案書を
準備し、文部科学省は、2024年8月に｢今後の深海探査システムの在り方について」を
公開した。ここには「しんかい6500」と支援母船｢よこすか｣の老朽化が、はっきりと
謳われ、フルデプス級の大深度探査機の開発が必要なことは提言されているが、建造
計画は明言されていない。地殻の内側までの道のりはまだ遠い。めざせマントル！
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　普段、清水港に停泊する｢ちきゅう｣の櫓は、新幹線の車窓から見えるそうだ。