地球ちきゅうの構造こうぞう

この章しょうで学まなぶこと

第だい 2 章しょうでは 地ち球きゅうの中身なかみ を学まなびます。 直ちょく接せつ見みることができない内ない部ぶを、 地震波じしんはと岩石がんせきの研究けんきゅうから明あきらかにしました。

• 地ち球きゅうの 4 層そう構こう造ぞう (地殻ちかく・マントルまんとる・外核がいかく・内核ないかく) を知しる
• 地震波じしんはの速さはやさから内ない部ぶを推定すいていするしくみを理り解かいする
• プレートテクトニクスぷれーとてくとにくす の基き本ほんをつかむ
• マグマまぐまがどこでどうできるかを知しる
• アイソスタシーあいそすたしー (地ち殻かくの浮力ふりょく平へい衡こう) を学まなぶ

ポイント: 地ち球きゅうの半径はんけいは約やく 6378 km。 人ひとがほった最深さいしんの掘くっ削さく孔 (コラ半島コラはんとう) でも約やく 12 km。 つまり、 直ちょく接せつ見みえているのは 地ち球きゅうの 0.2% だけ。 残のこりは 地震波じしんは と 隕石いんせき の研究けんきゅうから推すい定ていしました。

1. 地球ちきゅう内部ないぶの 4 層そう構造こうぞう

4 層そうの概がい要よう

層そう	深ふかさ (上じょう端たん→下か端たん)	主おもな物ぶっ質しつ	状じょう態たい
地殻ちかく	0〜約やく 30 km (大たい陸りく)、 0〜約やく 7 km (海かい洋よう)	花崗岩かこうがん (大たい陸りく)、 玄武岩げんぶがん (海かい洋よう)	固体こたい
マントルまんとる	〜約やく 2900 km	かんらん岩かんらんがん	固体こたい (但ただし流ながれる)
外核がいかく	〜約やく 5100 km	鉄てつ + ニッケル	液体えきたい
内核ないかく	〜約やく 6378 km (中心ちゅうしん)	鉄てつ + ニッケル	固体こたい

地殻ちかくの 2 種しゅ類るい

種しゅ類るい	厚あつさ	主おもな岩石がんせき	密度みつど
大陸地殻たいりくちかく	平均へいきん約 35 km (ヒマラヤでは 60 km)	花崗岩かこうがん質	約やく 2.7 g/cm³
海洋地殻かいようちかく	平均へいきん約 7 km	玄武岩げんぶがん質	約やく 3.0 g/cm³

大陸地殻たいりくちかくの方ほうが 厚あつい が 軽かるい、 海洋地殻かいようちかくの方ほうが 薄うすい が 重おもい という特とく徴ちょうがあります。

マントルの構こう造ぞう

マントルまんとるは 1 枚まいではなく、 上下げで区分くぶんされます。

区分くぶん	深ふかさ	特とく徴ちょう
上部マントルじょうぶマントル	〜約やく 670 km	かんらん岩かんらんがん、 マグマまぐまがここでできる
遷移層せんいそう	410〜660 km 付ふ近きん	圧力あつりょくで結晶けっしょう構こう造ぞうが変かわる
下部マントルかぶマントル	〜約やく 2900 km	より圧力あつりょくの高たかい結晶けっしょう、 ゆっくり対流たいりゅう

大事だいじ: マントルまんとるは 固体こたい だが 長ながい時じ間かん (数すう億おく年ねん) で見みれば流ながれる。 「氷河ひょうがや飴あめがゆっくり変へん形けいする」 のと同おなじで、 マントル対流まんとるたいりゅうがプレートぷれーとを動うごかす原げん動どう力りょくになる。

核かくの性せい質しつ

区分くぶん	状じょう態たい	役やく割わり
外核がいかく	液体えきたい (鉄てつ + ニッケル)	地磁気ちじき を作つくる (ダイナモ作用だいなもさよう)
内核ないかく	固体こたい	圧力あつりょくが高たかすぎて液体えきたいになれない

外核がいかくが流動りゅうどうしているため、 その中なかを流ながれる電流でんりゅうが 地球磁場ちきゅうじば を生うみ出だします。 この磁じ場ばが、 太陽風たいようふうから地ち球きゅうを守まもっています。

2. 地震じしん波はから内部ないぶを知しる

地震じしん波はの種しゅ類るい

地じ震しんが起おきると、 さまざまな波なみが出でます。 主おもに実体波じったいはと表面波ひょうめんはの 2 種たねあり、 実体波じったいはは内ない部ぶを透過とうかします。

波なみの種しゅ類るい	速さはやさ	性せい質しつ	液体えきたいを通とおるか
P波ぴーは (縦波たてなみ)	約やく 5〜14 km/s	進行しんこう方ほう向こうに押おし引びき	通とおる
S波えすは (横波よこなみ)	約やく 3〜7 km/s	進行しんこう方ほう向こうに直角ちょっかくに振動しんどう	通とおらない
表面波ひょうめんは (レイリー波なみ・ラブ波は)	より遅おそい	地表ちひょうを伝つたう、 被害ひがいが大おおきい	—

S 波なみシャドーゾーン

S波えすはは 液体えきたいを通とおれない 性せい質しつがあります。 大おおきな地震じしんが起おきたとき、 地ち球きゅう中でS波えすはが観かん測そくされない領りょう域いき (= シャドーゾーンしゃどーぞーん) があることから、 「外核がいかくは液体えきたい」 と結けつ論ろんされました。

震源しんげんからの角かく度ど	観かん測そくされる波なみ
0°〜103°	P波ぴーはとS波えすは両方りょうほう
103°〜143°	P波ぴーはもS波えすはも観かん測そくされず (シャドーゾーンしゃどーぞーん)
143°〜180°	P波ぴーはのみ (回かい折せつして届とどく)、 S波えすはなし

不ふ連れん続ぞく面めん

地震波じしんはの速さはやさが急きゅうに変かわる深ふかさを 不連続面ふれんぞくめん と呼よびます。 物ぶっ質しつや状じょう態たいが変かわることを示しめします。

不ふ連れん続ぞく面めん	深ふかさ	上うえと下したの境きょう界かい
モホロビチッチ不連続面もほろびちっちふれんぞくめん (モホ面モホめん)	大陸たいりく 30〜70 km、 海洋かいよう約 7 km	地殻ちかくとマントルまんとる
グーテンベルク不連続面ぐーてんべるくふれんぞくめん	約やく 2900 km	マントルまんとると外核がいかく
レーマン不連続面れーまんふれんぞくめん	約やく 5100 km	外核がいかくと内核ないかく

ポイント: この 3 つの面めんは 地震波じしんは の観かん測そくから発はっ見けんされたもので、 直ちょく接せつ掘ほったわけではありません。 ここが 「地震波じしんはが地ち球きゅうのX線Xせん」 と呼よばれる理り由ゆうです。

3. プレートとプレートテクトニクス

リソスフェアとアセノスフェア

マントルまんとるの上部じょうぶと地殻ちかくを合あわせた 「硬かたい 1 枚まい」 を リソスフェアりそすふぇあ と呼よび、 その下したの 「少すこし流ながれる部分ぶぶん」 を アセノスフェアあせのすふぇあ と呼よびます。 この リソスフェアりそすふぇあ が プレートぷれーと です。

層そう	深ふかさ	性せい質しつ
リソスフェアりそすふぇあ (= プレートぷれーと)	0〜約やく 100 km	硬かたくて動うごくブロック
アセノスフェアあせのすふぇあ	約やく 100〜300 km	流動りゅうどう性せいが高たかい、 マグマまぐまができる

地球ちきゅう表面ひょうめんのプレート

地ち球きゅう表ひょう面めんは約やく 15 枚まい のプレートぷれーとに分わかれていて、 それぞれが 年ねんに数かず cm〜10 cm 動うごいています。

主おもなプレートぷれーと:

プレート名めい	主おもな範はん囲い
太平洋プレートたいへいようプレート	太たい平へい洋ようの大だい部分ぶぶん
ユーラシアプレート	ヨーロッパ、 アジア (西部せいぶ・東部とうぶ)
北アメリカプレートきたアメリカプレート	北米ほくべい、 グリーンランド、 シベリア東端ひがしばた
南アメリカプレートみなみアメリカプレート	南米なんべい
アフリカプレート	アフリカ
オーストラリアプレート	オセアニア
南極プレートなんきょくプレート	南極なんきょく
フィリピン海プレートフィリピンうみプレート	フィリピン海うみ

ポイント: 日本ほん列れっ島とうは 北アメリカプレートきたアメリカプレート・ユーラシアプレート・太平洋プレートたいへいようプレート・フィリピン海プレートフィリピンうみプレート の 4 枚まい がぶつかる場所ばしょ。 世せ界かい有ゆう数すうの 地震じしんと火山かざんの国くに である理り由ゆうがここにある。

プレート境界きょうかいの 3 種しゅ類るい

境きょう界かい	動うごき	できるもの	例れい
発散境界はっさんきょうかい	お互たがいに離はなれる	海嶺かいれい、 大たい陸りく地溝ちこう	大西洋中央海嶺たいせいようちゅうおうかいれい、 アフリカ大地溝帯アフリカだいちみぞたい
収束境界しゅうそくきょうかい	お互たがいにぶつかる	海溝かいこう、 沈み込み帯しずみこみたい、 造山帯ぞうざんたい	日本海溝にっぽんかいこう、 ヒマラヤ山脈ひまらやさんみゃく
トランスフォーム境界とらんすふぉーむきょうかい	横よこにずれる	大おおきな断層だんそう	サンアンドレアス断層サンアンドレアスだんそう

収束しゅうそく境界きょうかいの 2 タイプ

タイプ	例れい	特とく徴ちょう
海洋プレートかいようプレート vs 大陸プレートたいりくプレート	日本海溝にっぽんかいこう、 南米西岸なんべいせいがん	重おもい海洋プレートかいようプレートが沈しずみ込こむ → 海溝かいこうと火山かざん
大陸プレートたいりくプレート vs 大陸プレートたいりくプレート	ヒマラヤ、 アルプス	お互たがい軽かるくて沈しずみ込こめず → 巨大きょだいな山さん脈みゃく

プレートを動うごかす力ちから

駆く動どう力りょく	しくみ
マントル対流まんとるたいりゅう	熱あつい物ぶっ質しつが上じょう昇しょう、 冷ひえたものが下か降こう
スラブプル	沈み込むしずみこむプレートぷれーとが自分じぶんの重おもさで引ひっぱる
リッジプッシュ	海嶺かいれいでできた新あたらしいプレートぷれーとが押おす

4. マグマの生成せいせい

マグマはどこでできるか

マグマまぐまは 地殻ちかくとマントルまんとるの境きょう界かい付ふ近きん でできます。 できる場所ばしょと仕組くみは 3 つ。

場所ばしょ	でき方かた
沈み込み帯しずみこみたい上のマグマまぐま	沈しずむ海洋プレートかいようプレートから 水みず が出でてマントルまんとるが部分ぶぶん融解ゆうかい
海嶺かいれい下のマグマまぐま	マントルまんとるが上じょう昇しょうして 減圧げんあつ で融解ゆうかい
ホットスポットほっとすぽっと上のマグマまぐま	マントルまんとる深部しんぶから高こう温おんなプルームぷるーむが上じょう昇しょう

ホットスポットとは

ホットスポットほっとすぽっとはプレートぷれーと境きょう界かいと関かん係けいなく、 マントルまんとる深しん部ぶからの上じょう昇しょう流 (プルームぷるーむ) で生うまれるマグマまぐまの出口でぐち。 動うごかない噴出ふんしゅつ口ぐちの上うえをプレートぷれーとが動うごくことで、 島しまの列れつ ができます。

例れい	説せつ明めい
ハワイ諸島ハワイしょとう	太平洋プレートたいへいようプレートが北西ほくせいに動うごくと、 島しまが並ならぶ
イエローストーン	北米ほくべい大陸たいりく下かのホットスポットほっとすぽっと、 巨大きょだい噴火ふんかの履歴りれき

5. アイソスタシー (浮力ふりょく平衡へいこう)

アイソスタシーの考かんがえ方かた

アイソスタシーあいそすたしー は、 「地殻ちかくがマントルまんとるの上うえで 氷こおりが海うみに浮うかぶように浮ういている」 という考かんがえ方かたです。

部位ぶい	浮うかぶ性せい質しつ
厚あつい大陸地殻たいりくちかく (ヒマラヤ)	高たかく突つき出だすが、 下したにも深ふかく沈しずむ (山さん根)
薄うすい海洋地殻かいようちかく	あまり突つき出ださない

氷山ひょうざんの例たとえ

氷ひょう山ざんの例れい	地球ちきゅうの例れい
氷山ひょうざんの 9/10 は海かい中ちゅう	ヒマラヤも 「山根やまね」 が深ふかく沈しずんでいる
氷こおりが解とければ浮力ふりょくが減へる	氷河ひょうがが解とけると大地だいちがゆっくり上じょう昇しょう (後氷期回復こうこおりきかいふく)

後こう氷期ひょうき回かい復ふく

最終さいしゅう氷期ひょうき (1 万まん年ねん前まえ) に北欧ほくおうや北米ほくべいを覆おおっていた 巨大きょだいな氷床ひょうしょう が解とけた結けっ果か、 大地だいちがゆっくり持もち上あがり続つづけています。 スカンジナビア半島スカンジナビアはんとうは今いまでも年ねん約やく 1 cm 上じょう昇しょう中。 アイソスタシーあいそすたしーの良よい実例じつれいです。

6. 地球ちきゅう内部ないぶを調しらべる方法ほうほう

さまざまな手段しゅだん

方法ほう	わかること
地震波じしんはトモグラフィー	地球内部ちきゅうないぶを 「CT スキャン」 のように3D化か
隕石いんせきの組成そせい分析ぶんせき	太陽系たいようけい誕生たんじょう時じの物ぶっ質しつ = 地ち球きゅうの原料げんりょうと比ひ較かく
高こう圧あつ実験じっけん (ダイヤモンドアンビル)	高こう圧あつ下の岩石がんせきを実じっ験けん室しつで再さい現げん
掘くっ削さく	海底かいてい掘くっ削さく船 「ちきゅう」 で数かず km
地熱ちねつ流量りゅうりょう	地ち球きゅうが出だす熱ねつから内ない部ぶの状じょう態たいを推すい定てい

探査たんさ船せん 「ちきゅう」

日本にっぽんの海洋研究開発機構かいようけんきゅうかいはつきこう (JAMSTEC) が運うん用ようする掘くっ削さく船。 海底かいていから数かず km 掘ほり、 マントルまんとるへの到とう達たつを目指めざしています。 南海トラフなんかいトラフの巨大きょだい地震じしん研究けんきゅうにも大おおきく貢こう献けんしています。

7. ふりかえりと安全あんぜん配慮はいりょ

• [ ]地ち球きゅうの 4 層そう構こう造ぞう (地殻ちかく・マントルまんとる・外核がいかく・内核ないかく) を言いえる
• [ ]P波ぴーはとS波えすはのちがいと シャドーゾーンしゃどーぞーん から外核がいかくが液体えきたいとわかる理り由ゆうを説せつ明めいできる
• モホ面モホめん・グーテンベルク不連続面ぐーてんべるくふれんぞくめん・レーマン不連続面れーまんふれんぞくめん の深ふかさを言いえる
• [ ]プレートぷれーと境きょう界かいの 3 種しゅ類るい (発散境界はっさんきょうかい・収束境界しゅうそくきょうかい・トランスフォーム境界とらんすふぉーむきょうかい) とそれぞれの例れいが言いえる
• [ ]マグマまぐまができる 3 つの場所ばしょ (沈み込み帯しずみこみたい・海嶺かいれい・ホットスポットほっとすぽっと) を言いえる
• アイソスタシーあいそすたしー を氷ひょう山ざんの例たとえで説せつ明めいできる

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

• 地震じしんの速報そくほう (P 波なみを検知けんちして緊急地震速報きんきゅうじしんそくほう) の意い味みを知しる → 第だい 3 章しょう
• プレートぷれーと境きょう界かい上に住すむ人ひとは 地震じしんと火山かざんハザードマップはざーどまっぷ を確かく認にんする
• 掘くっ削さくや岩石がんせき採集さいしゅうは必かならず許可きょかとヘルメットへるめっとが必ひつ要よう
• マントルまんとるや核かくの高こう温おん・高こう圧あつ環境かんきょうは 実験じっけん室での再現さいげん に特殊とくしゅな装置そうちが必ひつ要よう、 一般いっぱんではできない

次じの章しょう: 第だい 3 章しょうでは、 プレートぷれーとの動うごきが引ひき起おこす 火山かざんと地震じしん を学まなびます。 噴火ふんかのタイプ、 マグニチュードまぐにちゅーど、 震度しんど、 津波つなみのしくみを、 防災ぼうさいとセットで学まなんでいきます。