【地球科学】地球のナカミってどうなってるの？
わたしたちが暮らしてる場所について知っとこ？
ちょっと昔「ブラジルのみなさーん！ おげんきですかー！」的なお笑いが流行ったことがあります。地球の裏側まで声を届かせられるワケねーだと的なお笑いですが、もし、これを実現させようとするとどれほどの声を出さなければならないのでしょうか？
音とは『物質の振動』です。もし、アナタがブラジルまで声を届かせたいなら地面でなくどこぞの方向に向かって声を発し、空気を振動させ、山や海を越えてブラジルまで届かせる必要があるでしょう。いや、まあ確かに地面に振動を伝えることはできますが、たとえば地震発生時の衝撃音すら地上まで伝わらないことを考えるとムリゲーだってのがようわかりますよね
なお、物質がプルプルすれば触媒となる物質はなんでも構いませんので、たとえば水中や金属などでも伝わります。しかも、密度が濃ければそれだけとなりの物質に波が伝わりやすくなるため、空気中では約秒速340mで伝わるのに対し、水中では約秒速1500m、金属代表として鉄を例にすると、なんと秒速4600mを越えて音が伝わっていきます
なお、速さは道のりを時間で割って計算できますが、媒質ごとの音の伝わる速さには以下のような公式があるようです
・音速度(m/s) = ルート(体積弾性率 ÷ 密度)
よくわかんないって方はスルー推奨。まあ、物体の弾性(≒硬さ）によって音の伝わり方がちがうんだよ、程度に思ってもらえればおｋです
ブラジルまで音を届かせるってのはムリゲー。おそらくツァーリ・ボンバくらいのパワーが求められると思うけどメンドクサイから計算は各自でやっといてください
わたしたちは、そんな音を伝えまくっちゃう『地球』の上に立っています。その下は石や砂、岩石などですが、その下にはまた別の鉱物があって、もしかしたら恐竜だったモノがあって、その下には延々とめぐりめぐってる溶けた鉱物が、そしてその最奥には鉄が個体や液体となってグルグルまわっています
本日はそんな地球の姿について、ざっくばらんに紹介していこうと思います。なお、わたしは『科学雑学研究倶楽部』さん編集『最新科学の常識がわかる本』を参考にしつつ、いろいろな情報を添えておりますので同じ著書がある場合は手元に置いて読んでったほうが理解が速いとおもいますよ
：地球はおっきな卵：
地球はいわば『いくつかの層に分かれる卵』みたいなもんです。が、そのスケールは尋常ではなく、たとえばそうねぇ……わたしたち人類が掘った"最も深い穴"はだいたい地下12km。ロシアのコラ半島という場所で掘り進められましたが、地球からすると卵の表面をちょっと削られただけに過ぎません。
地球の半径はおおよそ[ 6400km ]あります
最も深く掘っても12km、つまり0.02％以下しか掘り進められてないのです。地球からしたら「ん？ なにかした？」って感じよね
かるーく『地球の層』をまとめていきましょう。こやつらが卵のような連続した層んなってますが、なんかイメージが掴めないって方は球状ではなく平らに考えて『ミルクレープの層』とイメージしてみてください
・地殻(プレート)
深さ数百mから数十km程度の厚さ
卵の"殻"部分
地表にはいくつもの地殻があり、
マントルにめっちゃ動かされる
・上部マントル
おおよそ400km程度の厚さ
流動性があり地殻を動かす原動力になる
高温なので光り輝いてる(熱放射)
・下部マントル
おおよそ2000km程度の厚さ
上部マントルと対流が起こっているが、
圧力の関係でこっちの流れは遅い
・外殻
おおよそ2200km程度の厚さ
液体金属(おおよそ鉄、あとニッケル)で構成される
こいつが流れるから地磁気が生まれ、
太陽風から地球を護ってくれる
・内核
おおよそ1300km程度の厚さ
個体金属(おおよそ鉄、あとニッケル)で構成される
本来は液体であるべきなんだけど、
まわりから「ギュッ♡」ってされて個体になってる
これらの層が段々重ねになって地球が形成されています。それぞれの層ごとにまだ層があったりしますが、それは層ごとの解説で書いていきましょう
：地殻：
プレートって呼ばれる部分だね。わたしたちはこの"たまごの殻"に乗っかって暮らしています
プレートはもともとキレイな殻だったのですが、その下にあるマントルくんがグルグルしてるせいで押し上げられたりなんだったりして、地球誕生初期にヒビが入り、マントルによって動かされて『プレート・テクトニクス』と呼ばれる移動が始まりました。学校でも「大陸はうごくんだよ」的な感じで教わったと思います
プレートとマントルの間には『モホロビチッチ不連続面(モホ面）』と呼ばれる境界線があり、プレートはその境界線をすべるように移動して、ほかのプレートの下にもぐりこんでマントル深部まで突っ込んでいくんです
この活動の過程で、わたしたちにとっては大迷惑極まりない地震が発生します。が、これは地球が『地球』として存在するため必要不可欠な活動なので、プレート・テクトニクスがなくなったらそれはそれで人類どころか生命存亡の危機だったりします
日本はまさにプレート同士がぶつかるスポットなんですね。だからいろいろな活動が盛んで、その結果マグマが盛り上がって火山ができて、日本という島国を形成しています
つまり日本は地震大国であり火山大国でもあるの。でも悪いことばかりじゃない。だってプレートは海水も地下に運んでって温めて温泉ができやすくなるし、あったかいし、山岳地帯が多いってことはハイキングしまくれるしアウトドアが捗るしサイコーじゃん？
何事も受け止め方が肝心なのよ
：上部マントル：
マントルの上部分。下部マントルと合わせて地球半径の80%超を占めます。なんで上部と下部に分ける必要があるの？ ってと、その間に『遷移層』と呼ばれる300kmくらいの層があるから
水って『水蒸気・水・氷』に変化するじゃん？ 地球内部でもそういう現象が起きてて、地球内部の場合は温度より圧力の影響が大きいのよ
ほら、人間が海に深くもぐると海水の圧力で潰れちゃう的な話あるでしょ？ それと同じで、より深いところにあるマントルはより大きな圧力を受けている。その場合、水でいうところの"水"になりきれず"氷"の状態にさせられてるわけ
遷移層を堺に、水でいられるところと氷にさせられてる層に分けられます。上部マントルは水モードで、主に岩石で成り立っていますが流動性があり、マントルの対流がよりスムーズに行われているのでプレートも動かしやすくなっております
マントルはめっちゃ圧力かかってるので、そこにある岩石たちは自ら熱を放射しています。火山活動によって地表に出てきた岩石たちは、マントルに含まれる岩石の主成分をいろいろ教えてくれます。それらを観てみると、かんらん石(ペリドット)やガーネットなど多くの宝石もちりばめられているので、それらが圧力による熱放射によって「上部マントルは緑色などに輝く世界なのでは？」という説がありますね
ダイヤモンドもあるんだぜ☆
：下部マントル
人類はここに到着したことはないですし、火山活動で出てくる岩石はだいたい上部マントル産なので、下部マントルがどうなってるかは今ある情報をもとに考察するしかありません
下部マントルの構造を予測するのは、たとえば地震の波がどう伝わったか？ というのがあります。その結果、上記で紹介した遷移層の存在に気づいたり、圧力の関係で上部マントルはキラキラ輝く世界だったのが、下部マントルは圧力すごすぎてまた別の世界が広がってそーだなってのがわかってきました
物質は圧力によって発する色が異なるので、下部マントルで発せられる光もまた別モノになるのです。んでナゾいっぱいの下部マントルをどうやって調査するか？ ――地震波はどんな物質でも突き抜けて進んでくれるので、人間の内部を調査するレントゲンと同じイメージで調査することができます。
下部マントルを調査したら、どうやらマントルの場所ごとに温度の差があって、そこで対流が起きてるっぽいぞ？ ってことがわかりました。地面に沈み込んでいくのはまさかのプレートくん。マントル内部へもぐりこんでいく場合、プレートは『スラブ』と呼ばれています。んで登ってく対流は『プルーム』ね
これらの循環があって、地球の熱がながーいスパンを、そりゃあもう億年もって熱循環をしてるんですね
：内殻と外殻：
地球の中心には『核』がありますが、マントルと核の境目には『D"層』と呼ばれる厚さ200km程度の層があります
そこは地震波の速度が遅くなる溶解状態の領域です。スラブが行き着く終着点であり、プルームが生まれる場所とされており、いろいろな物質がいったりきたりしてるため最もナゾが多い層でもあります
将来的にこの層の調査が進んでくれれば良いですね。んで、そのさきにあるのが『内核・外核』。どちらも主成分は『鉄、ニッケル合金』ですが、外核は液体、内核は固体です。だいたい重力による圧力のせいだね
内核と外殻を分ける理由は、やはりと言えば良いのか地球自体の圧力です。外殻は液体として流動することで地球の地場を形成しますが、実はその流動によって地場の状態も変化するため、地球は定期的に地場の変化を起こしています。歴史上地場が４つに分かれてた、なんて時代もあったようですよ？
たまに逆転したり分割したりしていた地場、今後数百年先もいろいろと変化があると予測されているので、もしかしたら世界のあっちこっちでオーロラが見られる未来が来るかも知れません
内核は個体になってますが、その表面は外殻に含まれている不純物(硫黄・炭素・水素・酸素など)のため針葉樹のようなトゲトゲした世界になっていると考えれられています。不純物があるとね、それらが盛り上がって"上"に向かっていくねん
内核は温度より圧力が勝っているために固体になっていますが、実は地球はゆっくり冷めているので、内核は熱の影響をちょっとずつ受けなくなりゆっくり大きくなっています。現時点で月の３分の２ほどの大きさだそうですが、はたして外核まですべて固体になる日と太陽に飲み込まれる日と、どっちが先にやってくるでしょうか？
我々が暮らしているこの地球は、アナタが思っているようりも遥かに魅力に満ち、はるかに謎が多い存在です。どうでしょう？ ここでいちどアナタの好奇心を爆発させて地球科学について研究をはじめてみませんか？ そしてメチャクチャすごい発見をしてノーベル賞なんて受賞しちゃった日にゃあ――え？ ノーベル賞に地球科学はない？ ……じゃ、じゃあ物理でも化学でもでムリヤリぶっこめばいいさ
アナタの知的好奇心に幸あれ！
音とは『物質の振動』です。もし、アナタがブラジルまで声を届かせたいなら地面でなくどこぞの方向に向かって声を発し、空気を振動させ、山や海を越えてブラジルまで届かせる必要があるでしょう。いや、まあ確かに地面に振動を伝えることはできますが、たとえば地震発生時の衝撃音すら地上まで伝わらないことを考えるとムリゲーだってのがようわかりますよね
なお、物質がプルプルすれば触媒となる物質はなんでも構いませんので、たとえば水中や金属などでも伝わります。しかも、密度が濃ければそれだけとなりの物質に波が伝わりやすくなるため、空気中では約秒速340mで伝わるのに対し、水中では約秒速1500m、金属代表として鉄を例にすると、なんと秒速4600mを越えて音が伝わっていきます
なお、速さは道のりを時間で割って計算できますが、媒質ごとの音の伝わる速さには以下のような公式があるようです
・音速度(m/s) = ルート(体積弾性率 ÷ 密度)
よくわかんないって方はスルー推奨。まあ、物体の弾性(≒硬さ）によって音の伝わり方がちがうんだよ、程度に思ってもらえればおｋです
ブラジルまで音を届かせるってのはムリゲー。おそらくツァーリ・ボンバくらいのパワーが求められると思うけどメンドクサイから計算は各自でやっといてください
わたしたちは、そんな音を伝えまくっちゃう『地球』の上に立っています。その下は石や砂、岩石などですが、その下にはまた別の鉱物があって、もしかしたら恐竜だったモノがあって、その下には延々とめぐりめぐってる溶けた鉱物が、そしてその最奥には鉄が個体や液体となってグルグルまわっています
本日はそんな地球の姿について、ざっくばらんに紹介していこうと思います。なお、わたしは『科学雑学研究倶楽部』さん編集『最新科学の常識がわかる本』を参考にしつつ、いろいろな情報を添えておりますので同じ著書がある場合は手元に置いて読んでったほうが理解が速いとおもいますよ
：地球はおっきな卵：
地球はいわば『いくつかの層に分かれる卵』みたいなもんです。が、そのスケールは尋常ではなく、たとえばそうねぇ……わたしたち人類が掘った"最も深い穴"はだいたい地下12km。ロシアのコラ半島という場所で掘り進められましたが、地球からすると卵の表面をちょっと削られただけに過ぎません。
地球の半径はおおよそ[ 6400km ]あります
最も深く掘っても12km、つまり0.02％以下しか掘り進められてないのです。地球からしたら「ん？ なにかした？」って感じよね
かるーく『地球の層』をまとめていきましょう。こやつらが卵のような連続した層んなってますが、なんかイメージが掴めないって方は球状ではなく平らに考えて『ミルクレープの層』とイメージしてみてください
・地殻(プレート)
深さ数百mから数十km程度の厚さ
卵の"殻"部分
地表にはいくつもの地殻があり、
マントルにめっちゃ動かされる
・上部マントル
おおよそ400km程度の厚さ
流動性があり地殻を動かす原動力になる
高温なので光り輝いてる(熱放射)
・下部マントル
おおよそ2000km程度の厚さ
上部マントルと対流が起こっているが、
圧力の関係でこっちの流れは遅い
・外殻
おおよそ2200km程度の厚さ
液体金属(おおよそ鉄、あとニッケル)で構成される
こいつが流れるから地磁気が生まれ、
太陽風から地球を護ってくれる
・内核
おおよそ1300km程度の厚さ
個体金属(おおよそ鉄、あとニッケル)で構成される
本来は液体であるべきなんだけど、
まわりから「ギュッ♡」ってされて個体になってる
これらの層が段々重ねになって地球が形成されています。それぞれの層ごとにまだ層があったりしますが、それは層ごとの解説で書いていきましょう
：地殻：
プレートって呼ばれる部分だね。わたしたちはこの"たまごの殻"に乗っかって暮らしています
プレートはもともとキレイな殻だったのですが、その下にあるマントルくんがグルグルしてるせいで押し上げられたりなんだったりして、地球誕生初期にヒビが入り、マントルによって動かされて『プレート・テクトニクス』と呼ばれる移動が始まりました。学校でも「大陸はうごくんだよ」的な感じで教わったと思います
プレートとマントルの間には『モホロビチッチ不連続面(モホ面）』と呼ばれる境界線があり、プレートはその境界線をすべるように移動して、ほかのプレートの下にもぐりこんでマントル深部まで突っ込んでいくんです
この活動の過程で、わたしたちにとっては大迷惑極まりない地震が発生します。が、これは地球が『地球』として存在するため必要不可欠な活動なので、プレート・テクトニクスがなくなったらそれはそれで人類どころか生命存亡の危機だったりします
日本はまさにプレート同士がぶつかるスポットなんですね。だからいろいろな活動が盛んで、その結果マグマが盛り上がって火山ができて、日本という島国を形成しています
つまり日本は地震大国であり火山大国でもあるの。でも悪いことばかりじゃない。だってプレートは海水も地下に運んでって温めて温泉ができやすくなるし、あったかいし、山岳地帯が多いってことはハイキングしまくれるしアウトドアが捗るしサイコーじゃん？
何事も受け止め方が肝心なのよ
：上部マントル：
マントルの上部分。下部マントルと合わせて地球半径の80%超を占めます。なんで上部と下部に分ける必要があるの？ ってと、その間に『遷移層』と呼ばれる300kmくらいの層があるから
水って『水蒸気・水・氷』に変化するじゃん？ 地球内部でもそういう現象が起きてて、地球内部の場合は温度より圧力の影響が大きいのよ
ほら、人間が海に深くもぐると海水の圧力で潰れちゃう的な話あるでしょ？ それと同じで、より深いところにあるマントルはより大きな圧力を受けている。その場合、水でいうところの"水"になりきれず"氷"の状態にさせられてるわけ
遷移層を堺に、水でいられるところと氷にさせられてる層に分けられます。上部マントルは水モードで、主に岩石で成り立っていますが流動性があり、マントルの対流がよりスムーズに行われているのでプレートも動かしやすくなっております
マントルはめっちゃ圧力かかってるので、そこにある岩石たちは自ら熱を放射しています。火山活動によって地表に出てきた岩石たちは、マントルに含まれる岩石の主成分をいろいろ教えてくれます。それらを観てみると、かんらん石(ペリドット)やガーネットなど多くの宝石もちりばめられているので、それらが圧力による熱放射によって「上部マントルは緑色などに輝く世界なのでは？」という説がありますね
ダイヤモンドもあるんだぜ☆
：下部マントル
人類はここに到着したことはないですし、火山活動で出てくる岩石はだいたい上部マントル産なので、下部マントルがどうなってるかは今ある情報をもとに考察するしかありません
下部マントルの構造を予測するのは、たとえば地震の波がどう伝わったか？ というのがあります。その結果、上記で紹介した遷移層の存在に気づいたり、圧力の関係で上部マントルはキラキラ輝く世界だったのが、下部マントルは圧力すごすぎてまた別の世界が広がってそーだなってのがわかってきました
物質は圧力によって発する色が異なるので、下部マントルで発せられる光もまた別モノになるのです。んでナゾいっぱいの下部マントルをどうやって調査するか？ ――地震波はどんな物質でも突き抜けて進んでくれるので、人間の内部を調査するレントゲンと同じイメージで調査することができます。
下部マントルを調査したら、どうやらマントルの場所ごとに温度の差があって、そこで対流が起きてるっぽいぞ？ ってことがわかりました。地面に沈み込んでいくのはまさかのプレートくん。マントル内部へもぐりこんでいく場合、プレートは『スラブ』と呼ばれています。んで登ってく対流は『プルーム』ね
これらの循環があって、地球の熱がながーいスパンを、そりゃあもう億年もって熱循環をしてるんですね
：内殻と外殻：
地球の中心には『核』がありますが、マントルと核の境目には『D"層』と呼ばれる厚さ200km程度の層があります
そこは地震波の速度が遅くなる溶解状態の領域です。スラブが行き着く終着点であり、プルームが生まれる場所とされており、いろいろな物質がいったりきたりしてるため最もナゾが多い層でもあります
将来的にこの層の調査が進んでくれれば良いですね。んで、そのさきにあるのが『内核・外核』。どちらも主成分は『鉄、ニッケル合金』ですが、外核は液体、内核は固体です。だいたい重力による圧力のせいだね
内核と外殻を分ける理由は、やはりと言えば良いのか地球自体の圧力です。外殻は液体として流動することで地球の地場を形成しますが、実はその流動によって地場の状態も変化するため、地球は定期的に地場の変化を起こしています。歴史上地場が４つに分かれてた、なんて時代もあったようですよ？
たまに逆転したり分割したりしていた地場、今後数百年先もいろいろと変化があると予測されているので、もしかしたら世界のあっちこっちでオーロラが見られる未来が来るかも知れません
内核は個体になってますが、その表面は外殻に含まれている不純物(硫黄・炭素・水素・酸素など)のため針葉樹のようなトゲトゲした世界になっていると考えれられています。不純物があるとね、それらが盛り上がって"上"に向かっていくねん
内核は温度より圧力が勝っているために固体になっていますが、実は地球はゆっくり冷めているので、内核は熱の影響をちょっとずつ受けなくなりゆっくり大きくなっています。現時点で月の３分の２ほどの大きさだそうですが、はたして外核まですべて固体になる日と太陽に飲み込まれる日と、どっちが先にやってくるでしょうか？
我々が暮らしているこの地球は、アナタが思っているようりも遥かに魅力に満ち、はるかに謎が多い存在です。どうでしょう？ ここでいちどアナタの好奇心を爆発させて地球科学について研究をはじめてみませんか？ そしてメチャクチャすごい発見をしてノーベル賞なんて受賞しちゃった日にゃあ――え？ ノーベル賞に地球科学はない？ ……じゃ、じゃあ物理でも化学でもでムリヤリぶっこめばいいさ
アナタの知的好奇心に幸あれ！