地球内部の物質

地球内部が層構造であることは分かりました。

ではそれぞれの層は一体どんな物質でできているのでしょう?

地球の表層部の物質については地質調査によって、深部の物質については実験や化学組成によって推測されています。

まずは地殻。厚い大陸の地殻は白っぽい花こう岩、薄い海洋の地殻は黒っぽい玄武岩からできています。

次にその下に広がるマントル。地球の体積の約80%を占めています。

マントル上部はかんらん石を主成分とするかんらん岩という岩石でできています。

かんらん石は、マントルに含まれている鉄、マグネシウム、二酸化ケイ素が、高い温度、圧力という条件のもと結晶化したもので8月の誕生石「ペリドット」の原石です。

4月の誕生石「ダイヤモンド」もマントルに含まれる宝石の原石の一つで、マントル上部の地下150~200kmの温度や圧力のもとで炭素が結晶化したものです。

最後に核。ここは鉄とニッケルからできています。

これは宇宙から地球に飛んできた鉄いん石の成分と似ています。

核を構成する物質は、地殻を構成する花こう岩や玄武岩、マントルのかんらん岩よりも密度が高く、地球内部に行くに従って密度が高い物質で構成されています。

外核では金属が溶けて液体に、内核では圧力が極めて高いため押しつぶされて固体になっています。

以上、地球を構成する物質を簡単にまとめると・・・

大陸地殻は花こう岩、海洋地殻は玄武岩、マントルはかんらん岩、核は鉄と少量のニッケルでできています。




◆コーヒーブレイク◆

誕生石を持っていると幸せになれるかも?

欲しいなぁ~。

きれいなジュエリーを身につけてお洒落した~い。

でも地学ガールが持つならやはり原石でしょう。

えっ、それはやだ。




ミニ鉱物標本 かんらん石 MM096ミニ鉱物標本 かんらん石 MM096
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かんらん石

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地球内部の探り方 地震波

地球内部の構造についてまとめておきましょう。

地球の半径は約6400kmです。要するに中心までの距離が6400km。

表面から中心に向かって、
①地殻(数km~70km)
 物質の違いによって大陸地殻と海洋地殻
②マントル(70km~2900km)
③核
 外核(2900km~5100km)
 内核(5100km~6400km)
の三層構造になっています。

このことはゆで卵の殻(地殻)、白身(マントル)、黄身(核)によく例えられます。

しかしどうしてそんなことが分かるのでしょう?

最高の掘削技術を誇る海底深部探査船「ちきゅう」でもマントルまで達していません。

一体どうやって? その答えが「地震波」です。

地震波とは地震が起きたときに地面の揺れを伝える波のことです。

その地震波には、P波(縦波)とS波(横波)という2種類の波があります。

【P波】
波の進む方向と同じ方向に振動する縦波。最初に地震が来たことを伝える波。
気体、液体、固体の中を伝わる。

【S波】
波の進む方向と直角方向に振動する横波。地震の大きな揺れをもたらす波。
固体の中しか伝わらない。

P波もS波も波を伝える物質の種類や状態が変わると波の伝わる速さが変わるという性質があります。

波の性質を光の実験で思い出しましょう。

波は同じ物質の中を進むときはまっすぐに進みます。

・・・が、異なる物質の中を進むときは、その物質の境目で屈折したり反射したりします。

地震波も波なので勿論同じです。P波もS波も異なる物質の境目で反射や屈折をします。

以上の2つの性質(P波とS波では伝わる物質が異なること、異なる物質の境界で屈折や反射すること)を利用することで地球内部の様子を調べることができます。

世界中に設置された地震計を使って地震波の進み方を調べると・・・
①P波(縦波)が屈折や反射を起こす境界がある → 層構造
②S波(横波)が伝わらない部分がある → 外核は液体

こうして地球の内部は、地殻とマントルが固体、外核は液体、内核は固体という層構造をしていることが分かったのです。

世界規模の壮大な実験ですねー。




◆コーヒーブレイク◆

地球の構造がゆでたまごに似ているなんて面白いですよね。

今後ゆでたまごを見るたびに地球を思い出しそうです。

あー何だかゆでたまごを食べたくなっちゃった。

でも作るのが面倒・・・

いや諦めるのは早い!テクノロジーは常に進化しているのです。

今やゆでたまごはレンジで簡単に作ることができるんです。

地球の勉強のためにゆでたまごを食べよう!




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地球内部の探り方 掘削

地球の表面に住む私たちは地球の内部を見ることができません。

宇宙と同様に地球の内部も未知だらけです。

見ることができないとなると想像するしかありませんよね。

昔の人もいろいろ想像したようです。

その一つが「地球空洞説」です。

地球の内部は空洞になっていて中心には星が輝いているという説です。

私もちょっぴり信じちゃいました。

地球の内側に別の世界があってそこに地底人が住んでいたら面白いですよね。

想像がどんどん膨らみます。

現在では科学の進歩により地球内部のことを調べることができるようになってきました。

最も単純な方法は内部に向かって穴を掘っていく方法です。誰もが思いつくことですよね。

でも地球の半径は約6400km、内部に向かうほど温度と圧力が高くなるので簡単なことではありません。

これまでに陸上から掘削して内部の様子を確認できたのはほんの地下10数kmほどでしかありません。

これは地球表層部の地殻(数km~70km)とよばれる部分に過ぎません。

そこで現在、海底深部探査船「ちきゅう」を使って厚さ約7~8kmの薄い海洋の地殻を掘削しマントルへの到着を目指しています。

しかし海底下7000mまで掘り進む能力を持つ「ちきゅう」をもってしても、地球の中心まで掘削することは不可能です。

掘るには限界があります。

では一体どんな方法で地球内部のことが分かったのでしょうか。

掘る以外の方法もありそうですね。

次回お楽しみに。




◆コーヒーブレイク◆

たまには勉強を離れてSFの世界へ。

SFの父 ジュール・ベルヌの小説ってどれも最高に面白いですよね。

中でも地球内部を描いた「地底旅行」は地学的にも興味深いお話です。

地球内部に海や森があって、絶滅したはずの古生物が住んでいて・・・ワクワクしますね。

想像の世界を楽しむことも大切です!




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子午線の長さ

子午線の長さって知っていますか?

ピッタリ40,000kmなんです。 それって偶然?

そんなわけないじゃないですか。

実は北極から赤道までの距離をピッタリ10,000kmにしようって決めたんです。

そして1mは北極から赤道までの距離を1,000万分の1にしようって決めたんです。

長さって地球の大きさから定められているんですね。これぞ地球視点!

ただし現在は光の速さが基準になっています。

1メートルは光が299792458分の1秒に進む距離です。




◆コーヒーブレイク◆

距離を正確に測りたいときってありますよね。

地球の大きさを調べるときは勿論、自宅から駅まで、学校まで、会社まで、・・・

よく考えてみるとそんなに正確な距離を知りたいってことはないか・・・

でもこれを転がすのは楽しそう!

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一家に一台如何でしょう。




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地球の重力

地球は丸いというけど完全な球体なのでしょうか?

17世紀になるとこのような疑問がもたれるようになりました。

1671年、フランスの天文学者リシェは「地球の重力はどこでも同じではない」ということに気付きました。

パリで正確に調整した振り子の時計が、赤道では1日に2分半遅れることを発見したのです。

赤道で時間が遅れるのは赤道の方が重力が小さいからだとリシェは考えました。

そして1687年、ニュートンが赤道で重力が小さいのは遠心力のためだと突き止めました。

地球の引力は地球の中心に向っていますが、地球の自転による遠心力は場所によって異なります。

北極では0ですが、赤道では最大になります。

重力は引力と遠心力を合わせた力です。

北極では遠心力が0なので引力=重力ですが、赤道では遠心力の分だけ重力が小さくなります。

ニュートンは2つのことを証明しました。

①赤道では遠心力のために重力が小さい

②地球の形は自転による遠心力のため赤道の方が少し膨らんでいる(回転だ円体)

私の体重も赤道付近では軽くなるのかな?




◆コーヒーブレイク◆

重力って一体何だろう?

宇宙を支配する力とも言える重力。

この正体が分かれば宇宙の真理に近づくことができるかも。

その謎に迫迫ってみませんか。




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伊能忠敬さん

「伊能忠敬」

江戸時代に20年の歳月をかけて精密な日本地図を作った有名な方ですよね。

日本史の教科書にも出てきますし・・・。

でも今日は歴史の勉強じゃありませんよ。

伊能忠敬さんは地球の大きさを求める為に緯度1度の距離を何度も何度も計測したんです。

その方法はというととても原始的でびっくり!

距離は同じ歩幅で歩くことで、緯度の差は北極星の高度から求めました。

同じ歩幅で正確に歩くことって相当な訓練が必要ですよねー。

マーチングバンドのように練習したのでしょうか。

伊能忠敬さんが実際に歩いて測定した緯度1度の距離は現在の数字と比べてもほとんど誤差がないそうです。

すごすぎる! 伊能忠敬さん。 しかも50歳くらいからこんな測量を始めるなんて!

正確な歩幅自慢のあなたもこの測量をやってみたくなりません?

日光街道の千住新橋北方面にほぼ子午線の方向に延びている部分がありますので是非。

緯度はスマホのGPSアプリで測定できます。

因みに正しい子午線の長さはちょうど40000kmです。




◆コーヒーブレイク◆

健康の秘訣はやはりウォーキングなのでしょうか。

伊能忠敬さんが実証していますよね。

でもなかなか歩くのって続かない!簡単ではないのですよ。

もし伊能忠敬さんが応援してくれたら・・・元気100倍ですよね。

あなたも伊能忠敬さんの弟子になって日本地図を完成させよう。

毎日が健康で楽しくなるよ!




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地球の大きさ

今回は地球の大きさについて考えます。

昔の人はどうやって地球の大きさを知ったのでしょう。

私には「でかい!」ってことくらいしか分かりません。

今回は昔の偉人の方法を学びましょう。

紀元前3世紀、古代ギリシアに数学者で天文学者のエラトステネスって人がいました。

彼は地球の大きさ(子午線の長さ)を求めようとしました。

子午線とは北極と南極を一周する縦の円周のことです。

その考え方は?というと・・・

当時エジプトにアレクサンドリアとシエネという2つの街がありました。

シエネはアレクサンドリアの南の方向、ほぼ同一子午線上にありました。

夏至の日の正午、シエネでは真上にある太陽を、同時刻にアレクサンドリアで観察したところ7.2度南の方にずれていました。

この7.2度という角度は、地球の中心とアレクサンドリア、地球の中心とシエネを結ぶ線の角度(2地点の緯度の差)になります。

2地点の緯度の差(円の中心角)とアレクサンドリアとシエネの距離(弧の長さ)より子午線の長さは簡単な比の計算で求めることができたのです。

アレクサンドリア・シエネの距離 : 7.2度 = 子午線の長さ : 360度

なるほど、すっごいですねー。




◆コーヒーブレイク◆

同一子午線上の2地点の緯度と距離が分かれば地球の大きさって分かるんですね。

ちょっと感動です。

実際に自分も計測してみたいなー。

スマホもいいけどこれもいいね。

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地球探検へ出かけよう!




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地球の形

地球の形は? そんなの丸に決まっているじゃない。

じゃいつ頃から丸って分かったの? うーん。分からん。最近?

実は今から約2400年前の古代ギリシアの哲学者たちのほとんどは地球が丸いことを知っていました。

えっ、宇宙にも行けないはるか昔の時代にどうして分かったの?

アリストテレスが地球が丸いと考えられる理由を2つ挙げています。

①月食のときに月にうつる地球の影が丸い!

②北半球と南半球では見える星の種類や位置が変わる!

なるほど!

今では当たり前に人工衛星から地球を見ることができますが見えなくても知ることができたのですね。

さすが偉人! すっごい観察力です。

視野の狭い私の目では高い山や深い海があるので凸凹した形しか思い浮かびませんねー。

自分の足元にあるモノの形も分からないなんて。




◆コーヒーブレイク◆

やはり物事は地球規模で考えなくちゃ!

といってもなかなか狭い世界から抜け出せない私。

いつも視野が狭くなりがちです。

身近なところに地球儀を置いていると大きな視野で物事を考えることができるかも。

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変成岩

ちょっと復習。

砂や泥が堆積してできたのが「堆積岩」

マグマが固まってできたのが「火成岩」

覚えていますか。

では変成岩は?

その名の通り、変に成った岩?

堆積岩や火成岩などが地下深くで高い温度や圧力にさらされると、元の岩石の組成や鉱物の種類が変わって新しい岩石ができることがあります。

これを、「変成岩」といいます。

変成岩には、マグマの高温の熱で変成するものと、プレート境界で受ける高い圧力で変成するものの2種類があります。

結晶質石灰岩(大理石)は石灰岩がマグマの熱にふれて変成したものです。

古代ギリシアのパルテノン神殿などに使われていますね。

片麻岩はプレート境界の地下深いところで高い圧力にさらされて変成したものです。

日本庭園の敷石などに使われていますね。

このように岩石にも過去の出来事がしっかりと刻まれているんです。




◆コーヒーブレイク◆

「石ころ」なんて表現がありますが、石だって長い年月をかけて自然が作り出した宝物。

休日は山、海、川に石ころ拾いに出かけよう!

そんな時に役に立つのがこれ。

小学館の岩石・鉱物・化石の図鑑です。

石ころ拾いが数倍楽しくなります。




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萩谷 宏、堀 秀道 他

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