この章で学ぶこと
第 2 章では 地球 の中身 を学びます。 直接見ることができない内部 を、 地震波 と 岩石 の 研究 から明らかにしました。
- 地球 の 4 層構造 (地殻・マントル・外核・内核) を知る
- 地震波 の 速さ から内部 を 推定 するしくみを理解 する
- プレートテクトニクス の基本 をつかむ
- マグマ がどこでどうできるかを知る
- アイソスタシー (地殻 の浮力平衡) を学ぶ
ポイント: 地球 の 半径 は約 6378 km。 人がほった最深の掘削孔 (コラ半島) でも約 12 km。 つまり、 直接見えているのは 地球 の 0.2% だけ。 残りは 地震波 と 隕石 の 研究 から推定 しました。
1. 地球内部の 4 層構造
地球内部 の 4 層構造 — 地殻 (Crust)・マントル (Mantle)・外核 (Outer core、 液体)・内核 (Inner core、 固体) という同心円状の層からなる。 中心まで約 6378 km。
4 層の概要
| 層 | 深さ (上端→下端) | 主な物質 | 状態 |
|---|
| 地殻 | 0〜約 30 km (大陸)、 0〜約 7 km (海洋) | 花崗岩 (大陸)、 玄武岩 (海洋) | 固体 |
| マントル | 〜約 2900 km | かんらん岩 | 固体 (但し流れる) |
| 外核 | 〜約 5100 km | 鉄 + ニッケル | 液体 |
| 内核 | 〜約 6378 km (中心) | 鉄 + ニッケル | 固体 |
地殻の 2 種類
| 種類 | 厚さ | 主な 岩石 | 密度 |
|---|
| 大陸地殻 | 平均約 35 km (ヒマラヤでは 60 km) | 花崗岩質 | 約 2.7 g/cm³ |
| 海洋地殻 | 平均約 7 km | 玄武岩質 | 約 3.0 g/cm³ |
大陸地殻 の方が 厚い が 軽い、 海洋地殻 の方が 薄い が 重い という特徴 があります。
マントルの構造
マントル は 1 枚ではなく、 上下 で区分されます。
| 区分 | 深さ | 特徴 |
|---|
| 上部マントル | 〜約 670 km | かんらん岩、 マグマ がここでできる |
| 遷移層 | 410〜660 km 付近 | 圧力 で 結晶構造 が変わる |
| 下部マントル | 〜約 2900 km | より 圧力 の高い 結晶、 ゆっくり 対流 |
大事: マントル は 固体 だが 長い時間 (数億年) で見れば流れる。 「氷河 や飴がゆっくり変形 する」 のと同じで、 マントル対流 が プレート を動かす原動力 になる。
核の性質
| 区分 | 状態 | 役割 |
|---|
| 外核 | 液体 (鉄 + ニッケル) | 地磁気 を作る (ダイナモ作用) |
| 内核 | 固体 | 圧力 が高すぎて 液体 になれない |
外核 が流動しているため、 その中を流れる 電流 が 地球磁場 を生み出します。 この磁場 が、 太陽風 から地球 を守っています。
2. 地震波から内部を知る
地震波の種類
地震 が起きると、 さまざまな 波 が出ます。 主に 実体波 と 表面波 の 2 種あり、 実体波 は内部 を透過します。
| 波の種類 | 速さ | 性質 | 液体 を通るか |
|---|
| P波 (縦波) | 約 5〜14 km/s | 進行方向 に押し引き | 通る |
| S波 (横波) | 約 3〜7 km/s | 進行方向 に直角に振動 | 通らない |
| 表面波 (レイリー波・ラブ波) | より遅い | 地表を伝う、 被害 が大きい | — |
S 波シャドーゾーン
S波 は 液体 を通れない 性質 があります。 大きな 地震 が起きたとき、 地球中で S波 が観測 されない領域 (= シャドーゾーン) があることから、 「外核 は 液体」 と結論 されました。
| 震源 からの角度 | 観測 される波 |
|---|
| 0°〜103° | P波 と S波両方 |
| 103°〜143° | P波 も S波 も観測 されず (シャドーゾーン) |
| 143°〜180° | P波 のみ (回折 して届く)、 S波 なし |
不連続面
地震波 の 速さ が急に変わる深さを 不連続面 と呼びます。 物質 や状態 が変わることを示します。
| 不連続面 | 深さ | 上と下の境界 |
|---|
| モホロビチッチ不連続面 (モホ面) | 大陸 30〜70 km、 海洋約 7 km | 地殻 と マントル |
| グーテンベルク不連続面 | 約 2900 km | マントル と 外核 |
| レーマン不連続面 | 約 5100 km | 外核 と 内核 |
ポイント: この 3 つの面は 地震波 の観測 から発見 されたもので、 直接掘ったわけではありません。 ここが 「地震波 が地球 の X線」 と呼ばれる理由 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 の上部と 地殻 を合わせた 「硬い 1 枚」 を リソスフェア と呼び、 その下の 「少し流れる部分」 を アセノスフェア と呼びます。 この リソスフェア が プレート です。
| 層 | 深さ | 性質 |
|---|
| リソスフェア (= プレート) | 0〜約 100 km | 硬くて動く ブロック |
| アセノスフェア | 約 100〜300 km | 流動性が高い、 マグマ ができる |
地球表面のプレート
地球表面 は約 15 枚 の プレート に分かれていて、 それぞれが 年に数 cm〜10 cm 動いています。
主な プレート:
| プレート名 | 主な範囲 |
|---|
| 太平洋プレート | 太平洋 の大部分 |
| ユーラシアプレート | ヨーロッパ、 アジア (西部・東部) |
| 北アメリカプレート | 北米、 グリーンランド、 シベリア東端 |
| 南アメリカプレート | 南米 |
| 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 | 南極 |
| フィリピン海プレート | フィリピン海 |
ポイント: 日本列島 は 北アメリカプレート・ユーラシアプレート・太平洋プレート・フィリピン海プレート の 4 枚 がぶつかる場所。 世界有数 の 地震 と 火山 の国 である理由 がここにある。
プレート境界の 3 種類
| 境界 | 動き | できるもの | 例 |
|---|
| 発散境界 | お互いに離れる | 海嶺、 大陸 地溝 | 大西洋中央海嶺、 アフリカ大地溝帯 |
| 収束境界 | お互いにぶつかる | 海溝、 沈み込み帯、 造山帯 | 日本海溝、 ヒマラヤ山脈 |
| トランスフォーム境界 | 横にずれる | 大きな 断層 | サンアンドレアス断層 |
収束境界の 2 タイプ
| タイプ | 例 | 特徴 |
|---|
| 海洋プレート vs 大陸プレート | 日本海溝、 南米西岸 | 重い 海洋プレート が沈み込む → 海溝 と 火山 |
| 大陸プレート vs 大陸プレート | ヒマラヤ、 アルプス | お互い軽くて沈み込めず → 巨大な山脈 |
プレートを動かす力
| 駆動力 | しくみ |
|---|
| マントル対流 | 熱い物質 が上昇、 冷えたものが下降 |
| スラブプル | 沈み込む プレート が自分の重さで引っぱる |
| リッジプッシュ | 海嶺 でできた新しい プレート が押す |
4. マグマの生成
マグマはどこでできるか
マグマ は 地殻 と マントル の境界付近 でできます。 できる場所と仕組 みは 3 つ。
| 場所 | でき方 |
|---|
| 沈み込み帯上の マグマ | 沈む 海洋プレート から 水 が出て マントル が部分融解 |
| 海嶺下の マグマ | マントル が上昇 して 減圧 で 融解 |
| ホットスポット上の マグマ | マントル深部から高温 な プルーム が上昇 |
ホットスポットとは
ホットスポット は プレート境界 と関係 なく、 マントル深部 からの上昇流 (プルーム) で生まれる マグマ の出口。 動かない噴出口の上を プレート が動くことで、 島 の列 ができます。
| 例 | 説明 |
|---|
| ハワイ諸島 | 太平洋プレート が北西に動くと、 島 が並ぶ |
| イエローストーン | 北米大陸下の ホットスポット、 巨大噴火 の履歴 |
5. アイソスタシー (浮力平衡)
アイソスタシーの考え方
アイソスタシー は、 「地殻 が マントル の上で 氷が海に浮かぶように浮いている」 という考え方です。
| 部位 | 浮かぶ性質 |
|---|
| 厚い 大陸地殻 (ヒマラヤ) | 高く突き出すが、 下にも深く沈む (山根) |
| 薄い 海洋地殻 | あまり突き出さない |
氷山の例え
| 氷山 の例 | 地球の例 |
|---|
| 氷山の 9/10 は海中 | ヒマラヤも 「山根」 が深く沈んでいる |
| 氷が解ければ浮力が減る | 氷河 が解けると大地がゆっくり上昇 (後氷期回復) |
後氷期回復
最終氷期 (1 万年前) に 北欧 や北米を覆っていた 巨大な 氷床 が解けた結果、 大地がゆっくり持ち上がり続けています。 スカンジナビア半島 は今でも年約 1 cm 上昇中。 アイソスタシー の良い 実例 です。
6. 地球内部を調べる方法
さまざまな手段
| 方法 | わかること |
|---|
| 地震波 トモグラフィー | 地球内部 を 「CT スキャン」 のように 3D 化 |
| 隕石 の 組成 分析 | 太陽系 誕生時の物質 = 地球 の 原料 と比較 |
| 高圧 実験 (ダイヤモンドアンビル) | 高圧下の 岩石 を実験室で再現 |
| 掘削 | 海底掘削船 「ちきゅう」 で数 km |
| 地熱 流量 | 地球 が出す熱から内部 の状態 を推定 |
探査船 「ちきゅう」
日本 の 海洋研究開発機構 (JAMSTEC) が運用 する掘削船。 海底から数 km 掘り、 マントル への到達 を目指しています。 南海トラフ の巨大地震 研究 にも大きく貢献 しています。
7. ふりかえりと安全配慮
この章の安全配慮
- 地震 の 速報 (P 波を検知して 緊急地震速報) の意味 を知る → 第 3 章
- プレート境界上に住む人は 地震 と 火山 ハザードマップ を確認 する
- 掘削 や 岩石 採集 は必ず 許可 と ヘルメット が必要
- マントル や 核 の高温・高圧環境 は 実験室での 再現 に 特殊 な 装置 が必要、 一般ではできない
次の章: 第 3 章では、 プレート の動きが引き起こす 火山 と 地震 を学びます。 噴火 のタイプ、 マグニチュード、 震度、 津波 のしくみを、 防災 とセットで学んでいきます。
プレート の世界分布 (2022 年改訂版) — 地球表面 は約 15 枚の プレート に分かれ、 年数 cm〜10 cm 動く。 日本列島周辺は 太平洋プレート・フィリピン海プレート・ユーラシアプレート・北アメリカプレート の 4 枚がぶつかる世界有数 の変動帯。
