高等学校地学/地学/地球の内部

地球の内部構造編集

地球内部の層構造編集

 
走時曲線 と モホ面 との関係。

地震波の観測によって、地球内部での地震波の伝わる速度が分かる。地震波の速度の解析から、地下の深さ30km〜60kmあたりで、地震波の速度が急激に変化する深さがあることが発見された。これは、地殻とマントルとの境界である。この境界面をモホロビチッチ不連続面モホ面)(英:Mohorovičić discontinuity)という。モホ面より上が地殻(ちかく、crust)である。モホ面より下をマントル(mantle)としている。

地震波が観測地点に到達するまでの時間を走時(そうじ)という。 横軸に震央からの距離を取り、縦軸に走時を取ってグラフにしたものを走時曲線(そうじきょくせん)という。

地殻の厚さは、大陸の地殻と海洋下の地殻とでは、厚さが大きく違う。 一般に大陸地殻は厚さ 30km〜60km であり、海洋地殻は厚さ 5km〜10km である。

地球の半径は 約6400km であるので、地球半径と比べると、地殻は、とてもうすい。

大陸下の地殻を大陸地殻(たいりく ちかく、continental crust)という。海洋下の地殻を海洋地殻(かいよう ちかく、oceanic crust)という。

大陸地殻の上部は花こう岩質であり、大陸地殻の下部は、玄武岩(げんぶがん)質である。この上部地殻と下部地殻の境界をコンラッド不連続面という。

海洋地殻は、ほとんど玄武岩質である。

アイソスタシー編集

 
2次元モデルで示したアイソスタシーの説明図。比重の大きいマントルの上に、比重の小さい地殻が浮かんでいる。
1: 山岳、2: 高地、3: 普通の大陸、4: 大洋底、5: 海洋面、6: 地殻、7: マントル

水には、木などの密度の低い物質が浮かぶ。さて、マントルの密度と比べて、地殻の密度は小さい。よって地殻はマントルの上に浮かぶような浮力を受けていると見なせる。たとえば、海中に氷山が浮かぶようなものである。

さてマントルに浮かぶ地殻について、ある地点の付近での、地殻が安定するためには、力学的に直感的に考えれば、標高の高い地殻は、そのぶん浮力も多く必要なので、地下深くにまで地殻が続いている必要がある。

このような地殻とマントルの、浮力と重力の釣り合いを、アイソスタシー(isostacy)という。

ある一定深さでは、その地点付近では、ある面にかかる圧力は同じである。

このように地殻が地下まで続いているため、ブーゲー異常については、山などの高い地形がある場所では、アイソスタシーによって地下に密度の低い地殻があるため、山の付近ではブーゲー異常が負になるのが一般である。


シャドーゾーン編集

 
地震のシャドーゾーン

走時曲線を分析してみると、震央距離を地球中心からの角度で表した場合(これを角距離(かくきょり)という)、角103°から 先の領域にはS波が伝わらない。この領域を「S波のシャドーゾーン」と言う。また震央距離の角103°から角143°にあたる地域はP波が直接伝わらない。これを「P波のシャドーゾーン」という。結局、角距離103°〜143°にあたる地域ではP波もS波も伝わらない。このような、地震波の伝わらない地域をシャドーゾーンという。シャドーゾーンのできる理由は、深さ2900kmのあたりで地下の構成物質が変わるため、P波の速度が急に遅くなり、よって物理でいう「波の屈折の法則」により、地震波が地表の方向へと屈折するためである。



 
地球の内部構造

この深さ2900kmあたりから、地球内部に向けて存在している物質を(かく、英:core コア)という。 マントルと核の境界をグーテンベルク不連続面という。核の存在は、グーテンベルクによって、1926年に発見された。

復習として、モホロビッチ不連続面は地殻とマントルとの不連続面であることを指摘しておく。

核は、さらに内核と外核に分けられる。これは、P波の速さが5100kmに相当する場所で不連続になるからである。なお、この5100kmにある不連続面をレーマン不連続面という。

また、外核はS波が伝わらないことから、外核は液体であると考えられている。内核は、P波が速くなることから、固体であると考えられている。

S波は横波であるので、固体にしか伝わることができない。(水面などの表面波は、横波ではなく、べつの機構の波である。) P波は、固体・液体・気体中を伝わる。固い物質ほど、地震波が速く伝わる。

マグマオーシャンから分離した鉄が地球中心部に核を形成したが,時代を経るにつれて冷え,鉄が固体となって中心部に沈み,内核を形成した。


地球内部の状態と物質編集