地球の内部はどうなっているか?
 地球の内部は大まかに言うと地殻、マントル、核の3部分から成っている。組成は地表面からの深さによって異なる。地殻に存在する元素は、酸素(質量比49.5%)とケイ素(同25.8%)が主体で、以下アルミニウム・鉄・カルシウム・ナトリウム・カリウム・マグネシウムなどの金属元素が含まれる。この元素別質量百分率はクラーク数としてまとめられている。ほとんどはケイ酸塩など金属酸化物の形で存在する。

 核(コア)は、外核と内核に分かれ、液相の外核の半径は3,480km、固相の内核の半径は1,220kmである。外核は鉄とニッケルが主成分であると推定されているが、水素や炭素などの軽元素を10%以上含んでいるとしなければ、地震波速度と密度の説明ができない。内核は、地球内部の冷却に伴い、外核の鉄とニッケルが析出・沈降してできたとされており、現在でも成長が続いていると考えられている。

 内核の環境である320万気圧では金属鉄はその性質上固相を取るためともされる。地球中心部の圧力は約400万気圧、温度は物質組成とエネルギー輸送過程に依存するため正確にはわからないが、約5,000度と推定されていた。

 今回、欧州の研究チームが、地球の核(コア)の温度は約6000度で、従来の推計値より1000度近く高いことが新しい研究室実験で示されたと、25日の米科学誌「サイエンス(Science)」に発表した。


 研究チームは、強力なX線ビームを使って地球のモデルを調査する手法を開発。X線の「回折」現象から核の固体、流体、部分的な溶解状態を推測し、極度の高温と高圧によって固化している地球の中心付近(内核)を分析した。

 この新技術によって導き出された内核の温度は6000度で、1993年にドイツの研究チームが行った実験で得られた推計よりも約1000度高かった。 内核の周りで同じく鉄を主成分とする外核は、内核より温度が低く、約4000度の流体だとされている。


 地球の核は摂氏6000度、定説より1000度熱かった
 地球の核(コア)の温度は、従来の推計値より1000度近く高いことが新しい研究室実験で示されたと、欧州の研究チームが25日、米科学誌「サイエンス(Science)」に発表した。

 ただし、鉄を主成分とする核がこれまでより「熱くなった」わけではなく、新技術によって以前の温度計算方法にあった欠陥が正されたためという。

 フランスにある欧州シンクロトロン放射光施設(European Synchrotron Radiation Facility、ESRF)の専門家らは、シンクロトロン(円形加速器)から発せられる強力なX線ビームを使って地球のモデルを調査する手法を開発。X線の「回折」現象から核の固体、流体、部分的な溶解状態を推測し、極度の高温と高圧によって固化している地球の中心付近(内核)を分析した。

 この新技術によって導き出された内核の温度は6000度で、1993年にドイツの研究チームが行った実験で得られた推計よりも約1000度高かった。

 内核の周りで同じく鉄を主成分とする外核は、内核より温度が低く、約4000度の流体だとされている。

 ESRFのMohamed Mezouar氏によると、新技術では1秒程度で地球の内部の状態を調査でき、このため温度と圧力を一定に保ちつつ化学反応を回避できるという。ドイツのラインハルト・ボーラー(Reinhard Boehler)氏が用いた光学技術より優れていると考えられている。

 ESRFの研究チームはまた、今回の推計によって「地球に磁場が存在するのは、地球の核とその外側のマントル部分に少なくとも1500度の温度差があるためだとする地球物理学的モデルが裏付けられた」と指摘している。(AFPBB News 2013年4月26日)


 地球内部構造
 地球内部の構造は地表面での観測で得るしかない。その中で最も優れた方法は地震波の分析である。地震波解析によると、地球は外側から、岩石質の地殻、岩石質の粘弾性体であるマントル、金属質流体の外核、金属質固体の内核という大構造に分けられる。岩石質とはいっても、地殻とマントルでは化学組成が違う。外核と内核も金属質とはいうが、若干化学組成が異なると推定されている。

 上部マントルには、地表面からの深さ100km付近に、地震波が低速になる層(低速度層、アセノスフェア)がある。この層は部分的に溶融していると考えられ、上部の相対的に冷たく硬い層とは物理的に区別される。アセノスフェアの上にあり、上部マントルの一部と地殻とから成るこの層を岩石圏(リソスフェア)という。岩石圏は10数枚のプレートと呼ばれる板に分かれている。


 地殻
 地殻(crust)は、天体の固体部分の表層部。マントルの上にあり、大気や海の下にある。地球化学的な観点から地球を深さごとに分けたうち、最も外側に位置するものである。地殻の下に位置するマントルがかんらん岩などの超塩基性岩から成るのに対して、地殻は花崗岩などの酸性岩・安山岩などの中性岩・玄武岩などの塩基性岩から成り、その違いから地殻とマントルを分けている。

 大陸地殻の厚さは地域変化に富むが、30~40kmくらいの地域が多い。他方、海洋地殻はほぼ均一で、6kmくらいである。海洋地殻(oceanic crust)は、海底火山の玄武岩質の噴出物等および同種のマグマに由来する斑れい岩質の貫入岩体から構成され、厚さは平均6km程度。大陸地殻と比べ、FeO、MgO を多く含みSiO2が低く、苦鉄質、塩基性である。

 深海底掘削船「ちきゅう」は海底から深さ7kmまで掘削することができるが、これは地殻を貫通しマントルに到達する目的で設計された。


 プレート
 プレートには2種類ある。大陸を含む大陸プレートと、海洋地域のみを含む海洋プレートである。海洋プレートは中央海嶺で生産され、マントル対流に運ばれて中央海嶺から離れる。その間にも中央海嶺では次々にプレートが生産されるので、海洋底が拡大する。大陸プレートは海洋プレートより相対的に軽いため、海洋プレートが大陸プレートとぶつかるとその境界でマントル中に沈み込み、日本海溝のような沈み込み帯を造る。

 海洋プレートには海溝を伴うものと伴わないものとがあるが、これは海洋底拡大の期間の違いによると考えられる。海溝があるものは、海洋底拡大が始まってから年月が経っている。前記のように、プレートはマントル対流によって運ばれる。海溝を伴う海洋プレートはそうでないものより拡大速度が速い。これは、マントル対流の他に、沈み込んだプレートに引っ張られる効果が加わるためとされている。

 海洋底の年代は、放射性元素による年代測定によると2億年以内である。これは海洋プレートがこの程度の期間を経た後、地球内部に潜り込んでしまうためである。これに対して、大陸プレートは大部分が現代から30億年前までの間に形成されており、地球の歴史を通じて形成・成長してきたものと考えられている。特に古いものは安定陸塊とも呼ばれ、最も古い部分は約44億年前に形成された。


 核
 中心核、コアとも言う。外核と内核に分かれ、液相の外核の半径は3,480km、固相の内核の半径は1,220kmである。外核は鉄とニッケルが主成分であると推定されているが、水素や炭素などの軽元素を10%以上含んでいるとしなければ、地震波速度と密度の説明ができない。内核は、地球内部の冷却に伴い、外核の鉄とニッケルが析出・沈降してできたとされており、現在でも成長が続いていると考えられている。ただし、内核の環境である320万気圧では金属鉄はその性質上固相を取るためともされる。地球中心部の圧力は約400万気圧、温度は物質組成とエネルギー輸送過程に依存するため正確にはわからないが、約5,000K - 8,000Kと推定されている。

 対流や地球自転などに起因する外核の金属流体の動きによって電流が生じ、この電流により磁場が生じると考えられている。これが地球磁場である。このように地球の力学的な運動と結びついた磁場発生・維持機構を、ダイナモ機構という。


 マントル
 珪酸塩鉱物のマントルは深さ約2,900kmまで存在し、地球の体積の83%を占めている。マントル全体の化学組成は、必ずしもわかっているわけではない。上部マントルは、かんらん岩または仮想的な岩石であるパイロライトから成るとする考えが主流であるが、下部マントルについては輝石に近い組成であるとする説もあり、定まっていない。

 マントルは核によって暖められ、また自らの内部にも熱源を持つ。そのため固相のマントルはゆっくりと対流(プルームテクトニクス)をしながら熱を地殻に運んでいる。地殻に近い位置ではこのマントル対流は起こらず、地殻と一体化するようなふるまいをしておりプレートテクトニクスという水平運動を起こす。マントルの動きは不明瞭な点が多い。深発地震が700kmより深いところでは起こらない点から、対流運動が二層で独立している説も提唱されているが、一方で岩石圏の沈み込みが核付近まで起こっているとの報告もあり、地震学的トモグラフィー法などにて構造推定が行われている。

 地殻との境には地震波速度が不連続に変化する層があり、モホロビチッチ不連続面(モホ面)という。


参考HP Wikipedia:地殻 マントル 地球 


地球の内部で何が起こっているのか? (光文社新書)
クリエーター情報なし
光文社
サイレント・アースクェイク―地球内部からのメッセージ
クリエーター情報なし
東京大学出版会

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