マントル対流は実証されていますか？

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。

No.1 回答者： kamobedanjoh 回答日時： 2014/03/10 12:09

マントル対流を説明した理学書をお読みになりましたか？

マグニチュード７クラスの地震を、人工実験することは不可能ですし、数十年に一度のような豪雨・豪雪を、室内実験で確認することも出来ません。
マントル対流を裏付ける、対流説でなければ説明出来ない各種の事例や、物理的傍証をトータルに説明出来るのが「マントル対流説」です。
実験ばかりが証明法ではありません。
あなたのお部屋に太陽を出現させることは不可能です。
現代地球物理に関する著書は、「無数」と言いたいほど多数刊行されています。
実験が不可能な事柄は、傍証の積み重ねと、過去の活動の痕跡から類推され、多くの学識者の賛同を得た理論が「定説化」されて行きます。
マルチアンビル法やダイヤモンドアンビル法・超高速レーザー撮影で、マントル岩石の振る舞いが実験されています。NHK放送大学の講座でも、丁寧に解説されています。４月からの放送に期待しましょう。
今少し、書籍にも目を通してみて下さい。
反論があれば、論文に纏めて発表すべきでしょう。
なお、対流現象は、お湯や味噌汁だけのものでは無く、固体の熱運動現象でも起こります。

この回答への補足

　ウェーゲナーの大陸移動説は、何故動くのか？の原動力論でつまずき、一時期、廃れた状態にありました。それを復活させたのは、アーサー・ホームズのマントル対流論です。彼の「一般地質学」を教科書にして育った研究者たちは、マントル対流論をイラストごと、すんなり受け入れてしまったのです。
　紙の上に描かれたイラストでは、上昇流は左右に分かれます。それを見た人は、金太郎飴の断面を見ているかのように錯覚し、イラストの背後にもずっと同じ形が重なっていると思いがちです。その結果、南北に長く続く大西洋中央海嶺は、その両側の諸大陸を引き裂いた対流の湧き出し口だということになってしまいました。
　対流の本来のイラストは、断面ではなく、開いた傘を斜め上から見た形で描くべきです。これだと、中央海嶺の形を説明できません。しかしプレート説が隆盛を極めている現在、この根源的な問題を今更に持ち出せる勇気ある学者は、一人としていません。

補足日時：2014/03/12 04:36

No.2 回答者： teppou 回答日時： 2014/03/10 12:50

　素晴らしいご意見だと思います。

　質問になっていないので、回答になりませんが、私の考えを書いてみます。

　おっしゃる通りプレートテクトニクス理論にせよ、マントル対流説にせよ単なる仮説です。マントルの実際の動きを観測することなど、当分できないでしょう。
　しかし、地殻が動いている事は観測されていますし、マントル対流仮説を取り入れると説明できる事がたくさんあります。だからマントルが対流しているとは言えないのですが。

　こういう事は進化論などにも言えることで、いまだ生物の進化を確認した人はおりません。

　＞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。

　上げ足をとるようですが、この部分は少し違うと思います。
　新しい理論が出た場合、その理論が自然現象を矛盾なく説明できるかどうかを検証するのであって、理論そのものの正しさを実証するわけではありません。理論はあくまで仮説です。別の理論でも同じように説明できるかもしれません。

　マントル対流については、いずれ地中の様子を観測する事が出来るようになれば、判断できる事です。

　しかし、いわゆる科学という物は、自然現象について何かを証明しようとしているのではないのです。
　数学を除いて、科学で何かを証明することはできないのです。（数学を科学の範疇に入れるかどうかは議論があります。）

　むしろ証明しようのない事を、いかに納得しやすい形の理論にまとめるか、というのが科学という学問です。
　ですから倦まず弛まず理論と自然現象の矛盾がない事をを検証し続けなければならないのです。

　突飛な話をしますと、ニュートンが提唱した万有引力の法則を疑う人は現在ほとんどいないと思いますが、（疑いを持っているごく少数の人々がいるそうです。）万有引力なる事象の実在が実証された事はありません。
　実際ニュートンが発表した後すぐに宇宙には物質を押しつけ合う力があるというような理論が出たそうです。すぐに破綻したそうですが。

　もう少し突飛な話をしますと、天動説と地動説についても間違っているとか正しいとかが実証されたわけではありません。
　ただ、万有引力の法則とニュートン力学を地動説と組み合わせると、天体の運動と地上の運動が同じ理論で説明できるという事だけです。この事が重大な事でもあるのですけれど。

　「科学的に証明された技術」とか「安全は科学的に証明されている」などという言葉を時に聞きますが、意味のない言葉だと思います。こういう事をいう人は、詐欺師に相違ないと思います。

　話がずれたかもしれませんが、理科教育の中で仮説という事の意味をもっと教える必要があると思います。

この回答へのお礼

　さっそくのご回答ありがとうございます。好意的なお言葉もあり、嬉しく思います。
「実験などにより、実証されなくては」という私の言葉が気に入らないようですが、科学の理論にとって、実証性は非常に重要なことです。もちろん自然には、実験も観測も及ばない分野があることは確かで、その場合には、既知の知識との論理的な整合性だけが拠り所になります。しかし、観測や実験できる分野を少しでも広げよう、と研究者たちが頑張ってくれていることで、科学の進歩がもたらされるのです。
　科学の歴史を見ると、どうしてあの時代の人たちは、あんな間違った考え方をしていたのだろう？と不思議に思うことがあります。現代という時代を後の世の目で見ると、同様にして、おかしいことが多々あるはずです。
「定説をも疑え。理に適った批判は、科学そのものにとっても良いことである」とは、カール・セーガンの言葉でもあります。

お礼日時：2014/03/12 04:45

No.3 回答者： omi3_ 回答日時： 2014/03/12 01:54

間接的証拠では判決は出せないとお考えですね。

例えば
地球シュミレーターは、預言が当たってしまいました。
その気象理論は正しいのです。

温暖化は嘘だとブッシュ企業が否定しましたが、
国際社会の足を引っ張った人類史上の罪深い事だといえます。

シュミレーションは信用できます。

火星旅行だとかの空想は、信用するとバカを見ますが。

この回答への補足

　シミュレーションは、通常の実験を行なえない分野においては、有効であると思います。
　私は以前、地球の核の大きさが変化すると、地表の対流パターンがどのように変わるかを知りたくて、無重力空間における実験方法をいろいろ考えたりしました。熱対流の起こらない空間で、その代りになる対流を起こせないものだろうか？というわけです。しかし、コンピュータによるシミュレーションならば、そういう実験が可能かも知れませんね。
　検索の言葉を変えて動画サイトをいろいろ探すと、興味深い映像が沢山出てきます。昔はベナールの対流実験のイラストぐらいしかなかったので、言葉通り、隔世の感があります。

補足日時：2014/03/14 08:03

No.4 回答者： teppou 回答日時： 2014/03/12 05:52

　No.2です。

　私の回答の主旨は、科学的仮説の正しさを証明することはできないという事です。

　できる事は、仮説と観測や実験との整合性を検証する事だけです。

　全く矛盾が見つからなくても（数学的な意味で）証明された事にはなりません。

　矛盾なく説明できる他の仮説の存在を否定できません。

この回答への補足

「数学的真理は100%正しい。それはトートロジー(同語反覆)だからだ。それに反して物理法則が100%正しいということはない」と記号論理学の先生から聞いたことを思い出しました。
「反証可能性を持っている仮説は科学的に健全である」という言葉を読んだこともあります。誰の言葉かな、と検索してみたら、科学哲学者カール・ポッパーの言葉のようです。
　東海地震が来る来ると言われ続けながら数十年が経ち、その間に、それ迄の理論では解明できない新しいタイプの地震が数多く起き、それでもそれらは、プレートテクトニクス説そのものの反証とは考えられていません。
　もっと本格的な実験方法を考案すべきです。日本海溝の陸側に、下降プレートに達するような深い穴を掘ってパイプを立て、数年、もしくは数十年後にパイプが曲がっていたら、プレート説は実証されます。しかし曲がっていなかったなら、それはプレート説そのものの反証となります。

補足日時：2014/03/14 08:16

No.5 回答者： psytex 回答日時： 2014/03/12 17:22

＞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。

この回答への補足

　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。

補足日時：2014/03/16 05:10

No.6 回答者： omi3_ 回答日時： 2014/03/14 13:09

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。

この回答への補足

　　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。

補足日時：2014/03/17 07:41

No.7 回答者： nikkunemuganai 回答日時： 2014/03/15 17:09

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？

この回答への補足

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。

補足日時：2014/03/17 07:46

No.8 回答者： teppou 回答日時： 2014/03/15 18:02

　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。

この回答への補足

　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。

補足日時：2014/03/17 08:41

No.9 回答者： psytex 回答日時： 2014/03/16 06:24

#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. …

この回答へのお礼

　　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。

お礼日時：2014/03/17 08:59

No.10 回答者： psytex 回答日時： 2014/03/17 10:06

#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。

この回答への補足

　　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。）

補足日時：2014/03/20 17:06