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五章　ヒマラヤの地下はどうなっているか

　1　浮かぶ大陸 top

　地球の引力の大きさは、物体の重さ（正確には質量）に比例し、また、地球の中心からの距離の二乗に反比例します。
　したがって、高いところでは、重力は急に小さくなります。

　そこで、Ｊ・Ｈ・プラットは、ヒマラヤ山脈の引力を考えにいれて、鉛直線の傾きのずれを計算したところ、計算値は、実際測量した値よりも、約三倍も大きいことがわかりました。
　ヒマラヤ山脈の引力として考えた値が大きすぎるのです。
　つまり、ヒマラヤ山脈の重さ（質量）は、考えていたよりも軽いことがわかりました。
　山脈の地表の岩石の重さは、もちろんわかっていますから、このことは、山脈の地下の岩石が予想よりも軽いことを意味しています。

　いずれにしても、ある深さのところでは、その上部の形に関係なしに、圧力は一定で、その上にある物質全体の重さは一定であるわけです。
　このような考え方を、アイソスタシー仮説（地殻均衡仮説）といい、それより上の岩石全体の重さが等しい面を補償面といいます。
　その後、世界中の陸地や海で、重力や地震波の調査がすすむにつれて、広い範囲では、「山脈をつくっている岩石は、より大きな密度をもっだ深部の岩石の上に浮いている」、「山が高ければ高いほど、その根っこは深い」というエアリー・モデルのアイソスタシーが成り立っていることがわかってきました。
　また、陸地での補償面の深さは、大体三〇〜四〇キロメートルだということもわかりました。 

　2 地殻とマントル top

　夏、八百屋さんで、店の人が西瓜（すいか）をボンボンだたいて、「これはうまいよ」といっているのを見たことがありますね。　あれは西瓜の音（振動）で、中身が未熟で硬いか、熟れて柔らかくなっているか、判断しているのです。

　上部地殻は、平均的な化学組成や地震波速度が花崗岩に似ているので、花崗岩質層ともいいます。下部地殻は、いろいろな深成岩や変成度の高い変成岩からできていると考えられていますが、地震波や重力にたいする性質が玄武岩に似ているので、玄武岩質層ともいいます。
　海には、数千メートルの厚さの海水がありますから、アイソスタシー仮説から考えると、海の下の地殻はうすく、密度のより大きいマントルが浅いところまできているはずです。地震波の研究によると、そのとおりで、海洋地域の地殻には花崗岩質層はなく、玄武岩質層のみからなり、その厚さは五〜七キロメートルしがありません（図67）。
　マントルは、かんらん岩という密度の大きい岩石でできており、深さ二九〇〇キロメートルまでです。
　ところで、「山が高ければ高いほど、その下の地殻は厚い、つまり、山の根っこが下部層深くまでたっしている」とすると、その下部層は、山の根っこにくらべて柔らかい（粘性が小さい）と考えざるをえません。
　もし、十分硬いのでしたら、そのかたさ（弾性）で山を支えることができ、アイソスタシーは成り立だないはずです。
　しかし、実際には、下部層は山をつくっている地殻にくらべて柔らかいので、山の重さ（山の高さ）に応じて、山の根っこは沈みこんでいるのです。
　ここでいう下部層とは、すでにのべたマントルのことです。
　地下数十キロメートルのところの岩石が柔らかいというのは不思議ですね。
　ヒマラヤの高山にはたくさんの氷河があります。氷河は流れています。
　その速度は遅く、年に数十メートルくらいです。
　しかし、氷は硬く、かなづちでたたくと割れます。
　氷は硬い固体ですが、長い間には、氷河にみられるように流動します。
　このように、硬いけれども、時間をかけると柔らかくふるまう性質をもつ物質を、粘弾性体といいます。
　アスファルトもその例です。
　道路の舗装に使っていることでわかるように、アスファルトは硬い物質です。
　しかし、その上に物を置いておくと、それほど重くないものでも、長い間には、すこしめり込んでしまいます。

　つまり、海洋地域のこの深さでは、岩石の一部は溶けだしているのです。
　一〇〇キロメートルよりも浅いところでは、岩石はカチカチに硬いのですが、一〇〇キロメートルから二〇〇キロメートルのところでは、完全に溶けてはいないまでも、かなり柔らかくなっているものと予想できます。

　最近では、地殻から上部マントルにかけての構造を、低速度層を境界に、つぎのようにわけています（図67）。
　厚さ約一〇〇キロメートルの柔らかい低速度層をアセノスフェアといい、その上の、硬い最上部マントルと地殻をあわせて、リソスフェアとよびます。
　リソスフェアは硬くて板のようなので、プレートともいいます。
　大陸地殻のあるプレートが大陸プレート、玄武岩質層のみからなる海洋地殻のあるプレートが海洋プレートです。
　プレートの厚さは、大陸も海洋も七〇〜一〇〇キロメートルといわれています。アセノスフェアの下は、硬いマントルで、メソスフェアといいます。
　プレート・テクトニクス説では、硬いリソスフェア（大陸プレートや海洋プレート）が柔らかいアセノスフェアの上を移動すると考えるのです。
　このような地球の内部構造は、地震波や重力の研究から推定したものです。
　しかし、地震波や重力からは、地下にある岩石の物性（重さや硬さなど、ものの性質）はわかりますが、岩石の種類はわかりません。
　下部地殻を玄武岩質層といっているのも、そこが玄武岩でできているからではなく、その物性が玄武岩のような化学組成をもつ岩石に似ているからです。
　深部の岩石の種類を知るためには、深いボーリングをするか、火山噴火で深部から飛び尤してきた岩石を調べる必要があります。
　ソビエトのコラ半島では、深さ一五キロメートルのボーリングが進行中で、現在、一二キロメートルまで掘っています。
　ボーリングまえの地震波による調査では、約七キロメートルのところに、花崗岩質層から玄武岩質層にかわるコンラッド面が予想されました。
　しかし、実際に掘ってみると、そのあたりは、先カンブリア時代の堆積岩と花崗岩質の変成岩の境で、深さ一二キロメートルになってもまだ片麻岩やミグマタイトなど花崗岩質の層であることがわかりました。
　いま、世界の各地で深いボーリングが計画されています。
　地下深部の岩石を、実際に、手にとって見ることができる日も、そう遠くはないでしょう。

　3 ヒマラヤ・チペットの地下構造 top

　日本付近は、世界でも、もっとも地震の多い地域のひとつです。
　地震は地球のどこにでも発生する、というわけではありません。
　地震のおこる場所はかなり限られていて、外国には、地震にあったことがないという人がおおぜいいます。
　地球上の地震帯の分布は、まえにお話した変動帯によく一致しています（図71）。
　太平洋や大西洋、インド洋のなかに、幅のせまい帯をつくっているのは中央海嶺（かいれい）に沿う地震帯です。
　もっとも地震の多いのは、太平洋をとりまく環（かん）太平洋地震帯です。
　インドネシアからマレイ半島、ヒマラヤをとおって、地中海にぬける地震帯もあります。
　北アメリカやヒマラヤ・チペット地域での地震の分布をみると、内陸にすこし散らばって、広がっている特徴があります。
　特に、ヒマラヤ・チペット地域では、ほぽヒマラヤ山脈の南縁を南隕として、北はバイカル湖あたりまで、ひろい範囲に発生しています。
　ヒマラヤ・チペット地域で発生する地震のもうひとつの特徴は、ブラマプトラ川とインダス川が大きく流れを変える東西二つの大屈曲部付近でみられる、少数の深い地震（深発（しんぱつ）地震）をのぞくと、ほとんどが七〇キロメートルより浅いところでおこる浅発（せんぱつ）地震であるということです。
　島弧など、海洋プレートがもぐり込んでいるところでは、ときに六〇〇キロメートルにおよぶ深発地震が多いことと対照的です。
　新聞などでよく巨大地震とか直下型（ちょっかがた）地震という言葉をみかけますが、ふつう、巨大地震というのは、プレートのもぐり込みに関係して、比較的深いところに発生する地震のことが多いのです。
　それにたいして、直下型地震は内陸部の浅いところで発生します。
　直下型地震は地震エネルギーは小さいのですが、浅いところで発生するため、エネルギーのわりには、被害が大きくなります。

　地震を調べることによって、その地域の地下構造がある程度わかりますが、そのほかに、最初に伝わってくる縦波の振動方向を検討すると、その地震をおこした力（応力）の性質や、その地域全体にはたらいている応力の方向がわかります。
　それによると、ヒマラヤ・チペット地域では、南北方向に押しつける圧縮応力で発生する地震が多く、大きな衝上断層や地層の褶曲をつくった力の方向と一致しています。
　この地域の、くわしい地下構造や応力状態を知るためにも、また、地震を予知して、被害をできるだけ少なくするためにも、地震の観測は重要なことですが、残念ながら、日本などにくらべると、観測所はほとんどないという状態です。
　自然の地震のかわりに、火薬を爆発させて、人工地震をおこし、それを観測して、地下構造を調べることもあります。
　中国の科学者や中国トフランス共同調査隊は、エベレストの北側で、一〇トンもの火薬を爆発させて、このような調査を行っています。

　その後の調査で、インド亜大陸をふくめ、大陸や海洋など地球上の多くのところで、アイソスタシーが成立していることがわかってきたので、その発祥の地であるヒマラヤでもアイソスタシーは成立していると、一般には考えられてきました。
　つまり、一番高い高ヒマラヤ帯の下で、地殻はもっとも厚くなっているだろうと、思われていたのです。
　しかし、実際にヒマラヤやチベットで調査をしてみると、高ヒマラヤ帯付近では、アイソスタシーは成立していないことがわかってきました。
　東京工業大学の河野長さんの研究によると、ヒマラヤはアイソスタシーから考えられる高さより二〇〇〇メートルも高すぎるということです。
　現在では、海溝や中央海嶺などの、プレートとプレートの境界付近では、アイソスタシーは成立していないことがわかっています。
　この原因として、この付近では地殻やマントルの重さだけによる吊り合い（静水圧（せいすいあつ）的な吊り合い）以外の力（たとえば、プレートどうしが押しあう力やプレートがもぐりこむ力）がはたらいているためと考えられています。
　ヒマラヤでもプレートの境界をどこにするかという問題はありますが、プレートが押しつける力によって、アイソスタシーで考えられる以上に高くなっている可能性があります。