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第3羽 初めて内部構造を調べた日の事憶えてる?
自分の家に温泉引こうとしたわよね
-翌日、甘兎庵にて-
千夜「みんないらっしゃ～い」
ココア「今日は千夜ちゃんのお店で勉強会だよ!」
シャロ「毎日色々なところで勉強するのね」
マヤ「今日は何勉強するのー?」
リゼ「今日はー…そうだなー、地球の内部構造についてやってみるかー!」
メグ「地球の内部構造というと、前回の範囲の続きだね!」
リゼ「そうだ、どちらも大事な分野だからしっかりと勉強するように!」
一同「は〜い」
リゼ「気合いが足りない!」
一同「サー、イエッサー!」
リゼの地学基礎講座 -固体地球②-
リゼ「まずは前回の復習だ、地球の半径と一周がどれくらいの大きさだったか、覚えているか?」
千夜「確か、地球の半径は約6400kmだったわね、一周は…」
ココア「6400×2×3.14で約40000kmだね!」
リゼ「計算でも出せるが、一応覚えておくようにな!」
ココア「はーい」
リゼ「さて、今回はこの地球の半径、つまり地表から中心までの間に何があるのかを勉強していくぞー。地球の半径は6400kmという話をしたが、その6400kmには様々なものが詰まっているということは中学や高校で勉強したと思う。それについてまず復習する! まずはチノ、地球の内部ってどうなっているのか、簡単に説明してくれるか?」
チノ「はい、まず地球の表層に地殻と呼ばれる部分があります。地殻には大陸地殻と海洋地殻の2種類があって、それぞれ厚さは大陸地殻が30-60km、海洋地殻が5-10kmです。地殻の下にはマントルがあります。マントルと地殻の間にはたしかモホロビチッチ不連続面と呼ばれる部分がありましたね。マントルの下が外核、その内側が内核ですね。」
リゼ「チノ、いいぞ! 補足をすると海洋地殻は全体的に玄武岩質の岩石、大陸地殻は上部が花崗岩質の岩石で下部が玄武岩質の岩石でできている。大陸地殻の上部と下部の境目はコンラッド不連続面と呼ばれている。この呼び名は今覚える必要はないぞ。マントル上部はかんらん石、核が鉄やニッケルでできている。誰か高校生組で核がどのような状態なのか覚えている人はいるか?」
シャロ「はい、外核が鉄・ニッケルがとけて液体状に、内核は固体の状態で存在していますよね!」
リゼ「正解。あと、これも覚えなくていいが、マントルと外核の境がグーテンベルク不連続面、外核と内核の境がレーマン面と名付けられているぞ!」
千夜「深さはそれぞれどれほどなのかしら?」
リゼ「地殻は地上から始まり、さっきチノが言ってくれたように大陸地殻が30-60km、海洋地殻が5-10km程度の厚さ、マントルは深さ約2900kmまで、外核は深さ約5100kmまで、それよりも深い部分は内核となっているぞ。」
ココア「こんな感じってことだね！」
リゼ「お、ココアは図を用意していてくれたのか。助かるぞ！」
ココア「えへへ」
リゼ「地球のいろいろな部分の構成元素の円グラフはこれだ。地球全体としてはFe、O、Siなどが多いぞ。地殻もOが多いぞ。なんでかな？」
ココア「うーん…」
マヤ「わかった、岩石に多く含まれているSiO2の影響だ!」
リゼ「正解! 今回の時点ではまだ触れていないが、地球上の岩石にはSiO2、二酸化ケイ素というものが割合は異なるもののある程度含まれている。後々火成岩について勉強すると出てくるぞ～! これらのグラフについては今回は詳しくは勉強しないが、各自で考察しておくように!」
一同「はーい!」
マヤ「なあリゼ～。ずっと気になっていたんだけどプレートと地殻って何が違うの?」
リゼ「いい質問だな! この図を見てほしい。」
メグ「あれ、なんか3つの図それぞれで厚さが違うよ～。」
リゼ「そう、これは地球内部をいろいろな見方で区分した図なんだ。ここにプレートという字はないが、これからする説明を聞いてもらえればわかると思うぞ。さて結論を言うと、地殻とプレート、これらは同じように扱ってしまうことも少なくはないと思うが、実際には違うものなんだ。なにが違うのかというと定義がそもそも違う。なにが違うかシャロ、説明してくれるか?」
シャロ「簡単に言ってしまうと地殻は化学組成に基づく区分、プレート（＝リソスフェア）は固さによる区分という風に分類の仕方が違うの。固さと言ったけど厳密には力学的性質という性質ね。まあ固さでいいと思うわ。プレートとリソスフェアは本当はもう少し厳密に分けなきゃいけないんだけど、高校地学では同じものとして扱っているので、ここはいいと思うわ。」
リゼ「詳しいところまで説明ありがとな、シャロ。シャロが今説明してくれたみたいに地球の内部構造の区分には化学組成によるもの、固さによるものと複数あるんだ。固さによるものというのは図の一番右の力学性質にあたるな。」
マヤ「でもなんで地殻がプレートって扱われるようにならなかったんだ? 地殻だって板状で動くんだろ～? 変わらないじゃん。」
リゼ「良い質問だな! 実はプレートという考え方はかなり新しいものなんだ。プレートテクトニクスって知ってるか?」
マヤ「プレートが動いてるということから大陸が移動する理由を説明する、みたいなものだっけー?」
リゼ「そう、この考え方で出てくるのがプレートなんだ。これ地殻だけじゃなくてマントル上部も固さを持っていて、地殻と一体となって板状に振舞っているということがいえるんだ。上部以外、ある程度の深さまでのマントル（=アセノスフェア）は柔らかくて流動性があるから、プレート（リソスフェア）はその上を浮かんで移動するというイメージだ。地殻・マントル上部は今話した通り一体となって移動するが、化学組成としては別のものなんだ。このようなことから振る舞いを元に分類する必要も化学組成を元に分類する必要もあるから、地殻、マントル…という分け方とリソスフェア、アセノスフェア、メソスフェア…という分け方両方が使われるんだ。わかったか?」
マヤ「なるほどな～。それぞれ理由含めしっかり覚えとくよ!」
リゼ「ちなみにまとめるとリソスフェアは深さ70km程度まであって固い、アセノスフェアはリソスフェアの下から深さ200～300kmまでで流動性あり、メソスフェアはそれよりも深いところからマントル最下部までで固いとされているぞ。ところで、ここでこれらに関連した問題だ。"とある波"は地球の内部で色々と速度が変化する。この"とある波"とはなんだと思うか?」
メグ「うーん…波かぁ…」
チノ「リゼさん、これは中学校の教科書に載っている範囲でしょうか…?」
リゼ「そうだな〜、多分載ってない。」
ココア「高校は?」
リゼ「地学基礎に載ってるぞ!」
ココア「えっ…」
シャロ「まさかココア授業中に寝てたんじゃないでしょうね?」
ココア「えっとー、それは〜、そのー、えへへ〜」
シャロ「えへへじゃないでしょ! もうココアったらー…。その波は、ずばり、地震波ですね! せんぱい!」
リゼ「正解! 地震波は固いところでは速く、柔らかいところではゆっくりと進むぞ! 本当はもっと詳しく説明したほうがいいが、今回はまあいい。頭の片隅にこの結論だけ置いておいてほしい。じゃあここまでの内容を活かして、地震波は地球内部のどこでどんな速度となるか考えてみよう。」
ココア「まずは地球表層からだから深さ70km程度まではリソスフェアだね。リソスフェアは固いから地震波も速いのかな～?」
リゼ「半分正しいが補足すると、実際には地殻では地震波は遅い。マントル上部に入ると速くなる。これは暗記しておくといいぞ～。」
マヤ「なるほど～。そして、70km～300kmまで、つまりアセノスフェアでは柔らかい部分だから地震波が遅くなるんだよなー?」
リゼ「そうだ。ここがいわゆる低速度層だな。」
チノ「そして、300kmよりも深い部分はメソスフェアで固いので、地震波はまた早くなるんですね?」
リゼ「そういうことだ。ちなみに地球の核も極めて強い低速度層なんだ。まあ今回は省略する。」
ココア「んー、いっぱい勉強したからおなかがすいてきたね～。なにか食べたいな～」
千夜「はい、創作和菓子、燃える地球の魂（マントル）-地殻を添えて-よ～♪」
チノ「すごいネーミングセンスです…!!」
シャロ「裏に行ったきり戻ってこないと思ったら、そんなもの作っていたの?!」
リゼ「中身は何だ?」
千夜「内核は栗、外核は生クリーム、マントルが栗あん、地殻は薄焼きせんべいという風にして、地球の内部構造を再現したのよ～♪」
チノ「さすが千夜さん、Rabbit Houseも負けないように頑張らないと、です。」
ココア「お姉ちゃんにまっかせなさ～い!」
シャロ「何をする気よ!!」
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