地球の層とは何ですか?

大きく分けて、地球には4つの層があります。外側の固い地殻、マントル、そして外核と内核に分かれたコアです。

地球の層

地殻

我々が直接見たり研究できるものすべてを地殻と呼んでいます。 地球の最も薄い層である地殻は、今でも平均して約 40 km、深さは 5 ~ 70 km (~ 3 ~ 44 マイル) です。 しかし、地球のスケールで考えると、それはリンゴの皮よりも小さい。

地殻には、大陸地殻と海洋地殻の2種類がある。 海洋地殻は海の底や大陸地殻の下にあり、一般に硬くて深く、玄武岩のような密度の高い岩石からなり、大陸地殻は花崗岩系の岩石や堆積物からなる。 陸上では大陸地殻が厚い。

主な構造プレート

地殻は一つの硬いものではなく、いくつかの構造プレートに分割されている。 これらの地殻プレートは静止しているわけではなく、互いに相対運動している。 その関係や地質によって、収束型(一方が他方に向かう)、発散型(他方から遠ざかる)、変形型(横方向に動く)の3種類の地殻プレート境界が存在するのです。

これらのプレートは、柔らかく可塑的な上部マントルの上に「浮かんで」います。

マントル

マントル対流

マントルは下方に2890km広がっており、地球で最も厚い層となっています。 地球の体積の約84%を占めている。 マントルについて私たちが知っていることは、すべて間接的に知っていることです。 マントルについてわかっていることのほとんどは、地震学的な研究からわかっていることです(詳しくは後述します)

マントルも地震学的な特性からいくつかの層に分けられています。 上部マントルは、地殻が終わるところから約670kmまで広がっています。 このあたりは粘性が高いとされていますが、岩石、正確にはかんらん岩と呼ばれる岩石からできていると考えてもよいでしょう。 その下は、670kmから2900km近くまで下部マントルが広がっています。 そこには一般的な対流循環があり、高温の物質は表面に向かって上昇し、低温の物質は深部に向かっています。 一般に、この対流が実際に地殻のプレートテクトニクスの循環を指示していると考えられています。

この図は地球のマントルにおける熱対流の計算をしたものです。 赤に近い色は熱いところ、青に近い色は冷たいところです。

ほとんどの地震は地表、地殻で発生します。プレートの引き下げや牽引によって張力が生じ、その張力が解放されるか、何かが壊れると、地震が発生します。 しかし、地震はマントルでも起こり、その圧力では断層や破壊を語ることはできない。 ある平面が別の平面の下に潜り込む「沈み込み領域」では、深さ670kmの地点で地震が観測されています。 この地震のメカニズムはまだよく分かっていませんが、ある鉱物がある状態から別の状態へと変化し、その過程で体積が変化するという説があります。 この体積の変化が地震につながるのです。

しかし、マントルの理解には、そこまでいかなくても、だんだん近づいてきているのです。

コア

私たちはコアをひとつのものとして呼ぶことがありますが、内核と外核は根本的に違うもので、同じものの層ではありません。 固体」の内核は半径~1,220km、「液体」の外核は半径~3,400kmまで広がっています。

待って、もしマントルまで行けなかったら、どうやって一方が固体で一方がそうでないとわかるのでしょうか。 さて、前回と同じように、答えは地震波です(もうすぐです)。

内核

内核の温度と圧力は、約 5,400 ℃、330~360 ギガパスカル(330~360 万気圧)と非常に高いものです。

一般に、内核は非常にゆっくりと成長していると考えられています。内核が冷えるにつれて、外核の多くが固化して内核の一部となるのです。 冷却速度は10億年に100度程度と非常に低いと考えられています。 しかし、このゆっくりとした成長でも、液体外核のダイナモ作用による地球磁場の生成に大きな影響を与えると考えられています。

Image via Artinaid

むしろ興味深いのは、内核が東西に非対称であると思われていること。 この非対称性を説明するモデルとして、一方が融解、もう一方が結晶化というものがあります。 この異常は、おそらく地球の磁場にも影響を与え、結晶化する側に非対称性を生じさせる。

外核

外核は低粘性の液体(表面における液体金属の粘性の約10倍)である。 粘性が非常に低いため、容易に変形し、可鍛性に富んでいます。 激しい対流が起こる場所である。 また、非常に激しい対流が起こると考えられています – おい、何だと思う?

外核の最も熱い部分は、実際には内核よりも高温であり、温度は摂氏6000度(華氏10800度)-太陽の表面と同じくらい-に達することができる。

地球の層について知る方法

私たちは地殻のごく一部しか見ることができず、それ自体が地球のごく一部なのです。

さて、私たちが持っている最も良い情報源は、地震波です。 地震が起きると圧力波が発生し、それが地球全体に伝搬します。 地震波は、マントルや核など、通過する層の情報を持っています。 波が地球を伝播する様子を調べることで、地球内部の物理的な性質を知ることができるのです。 例えば、固体だけを伝わる波もあれば、固体と液体の両方を伝わる波もあり、ある層が固体かどうかを示すことができるのです。 地震波は、地球内部の狭い範囲をサンプリングするので、それが運ぶ情報を分離することもできます。いくつかの地震観測点で記録されたいくつかの地震を分析することで、ある地域のCATスキャンのような分析を行うことができます。

さらに、研究室での最新のシミュレーションにより、その温度と圧力で鉱物がどのように挙動しそうかが示されました。また、重力と磁気の間接的な情報、および地表で見つかったマグマと結晶の研究もありますが、情報の大部分は地球規模の地震学から得られているのです。 しかし、その情報の大部分は、地球規模の地震学から得られているのです。

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