ellen P. METZGER
はじめに
目的：生徒は、海底の広がりの概念と、中海の広がり中心の両側にある対称的な磁気「ストライプ」の発達を示す紙の模型を作成します。
生徒は個人として作業します。 テーマ 変化のパターン: 時間の経過とともに、海洋拡散中心でのマグマの上昇によって新しい海底が作られ、深海の海溝での沈み込みによって古い海底が破壊される。 科学のスキルとプロセス モデルから推測する。 他の分野との統合。 物理科学: 双極子磁石と磁場、対流。 海洋学: 海底の地形。 生命科学：海底の熱水噴出孔で見られる動物＜9537＞ ＜221＞関連活動。 海底山脈
背景情報
この活動を行う前に、生徒は以下のことに精通している必要があります。
1）岩盤プレートの境界の種類、
2）海底の特徴、
3）海底拡散の概念、
4）地球の磁場の性質と過去に何度も極性が反転していること。 外側の100kmほどは、地殻と最上部のマントルからなる岩石圏と呼ばれる硬い層である。 岩石圏は大小のプレートに分かれ、上部マントルの可塑層であるアステノスフェアの上を移動している。 地震や火山は、岩石圏のプレートの境界部分に集中している。 プレートの動きは、マントル内の対流によって引き起こされると考えられているが（図2）、正確なメカニズムは分かっていない。 岩石圏プレートは年間数cmの速度で動いている。
プレート境界の種類 岩石圏プレート間の境界には3種類ある（図3）：
1）収束境界プレートが収束、つまり一緒になることである。 海洋岩石層のプレートが、より厚く密度の低い大陸岩石層と衝突すると、密度の高い海洋プレートは沈み込み帯で大陸の下に潜り込むことになる（図2）。
2) 発散境界 2枚のプレートが分岐する、または離れて、新しい地殻や岩石層が形成される。
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海底 海底の地図には、平らな平野、長い山脈、深い海溝など、さまざまな地形が描かれています。 海中隆起は、全長約84,000kmに及ぶ山脈の連なりの一部です。 大西洋中央海嶺は、地球上で最も長い山地帯です。 これらの海嶺は、マントルからのマグマの上昇によって新しい海底が作られる拡散中心または発散プレート境界である。
深海の海溝は、海面下8～11kmに広がる細長い盆地です。
大陸移動 大陸が移動するという考えは古く、ドイツの気象学者アルフレッド・ヴェゲナーは、1900 年代初頭に大陸移動の仮説を提唱しました。 ウェゲナーは、大陸はかつてパンゲアと呼ばれる超大陸にまとまって存在し、その後互いに離れていったという考えを裏付けるために、いくつかの証拠を用いました。 (1)大陸の形がジグソーパズルのピースのように似ていること、(2)現在では大きく離れているアフリカ、オーストラリア、インドなどの大陸に、広い海を渡ることができないシダの化石であるグロスプテリスなどの化石があること、(3)現在赤道付近にある大陸に氷河の堆積物が見られること、(4)異なる大陸の岩石配列が似通っていること、などだ。 ページトップへ
ウェーゲナーの大陸移動の仮説は、大陸がどのように移動するかを説明するメカニズムを持っていなかったので、広く受け入れられませんでした。 この考えは、新しい技術によって海底の探査が可能になるまで復活しなかった。
海底拡散 1960 年代初めに、プリンストン大学の地質学者ハリー・ヘスは、マントルからの玄武岩質のマグマが上昇して、海洋中尾根で新しい海底を作るという海底拡散説を発表した。 海嶺の両側では、海底が海嶺から深海の海溝に向かって移動し、そこで海底が沈み込んでマントルに再還元される（図2）。 地球の磁場 地球の磁場は、外核の液体鉄が地球の自転に伴って移動することによって生じると考えられています。 この磁場は、あたかも地球の中心付近に永久磁石があり、地軸から約11度傾いているように見える(図4)。 コンパスで測る磁北と、地球の自転軸に相当する地理的な北とは異なることに注意しましょう。
棒磁石を鉄粉のついた紙の下に置くと、磁石の発する磁界に鉄粉が追随して模様ができます。 地球の磁場も棒磁石の磁場と同じです。 現在、地球磁場の力線は図4のように配列されており、このような地球磁場の向きを正極性という。 しかし、1960年代初頭、地球物理学者たちは、地球の磁場が周期的に反転すること（北磁極が南極に、南極が北極になること）を発見した。 そのため、地球は極性が反転する時期と、現在のように極性が正常な時期が交互にやってきます。
玄武岩質の溶岩には磁鉄鉱のような鉄分を含む鉱物があり、コンパスのような働きをします。 つまり、これらの鉄分を多く含む鉱物がキュリー点以下に冷えると、周囲の磁場の方向に磁化されるようになるのです。 古代の磁気を調べると、さまざまな年代の岩石から、いつ地球の磁場の極性が逆転したのかがわかります。 研究者が磁力計を使って海底を調査したところ、驚くべきパターンが発見されました。 1963年、ヴァインとマシューズは、海洋拡散の中心で玄武岩質のマグマが上昇して新しい海底を形成するとき、マグマが結晶化したときの磁場の極性が記録されると推論しました。 海洋拡散によって新しい海底地殻が引き離されると、ほぼ同じ大きさの縞模様が海嶺の両側から運ばれてくるはずである（図5）。 海溝で形成される玄武岩質のマグマは、地球の磁場の反転を記録するテープレコーダーのような役割を担っているのです。 もしこの考えが正しければ、正極性と逆極性の縞模様が、海洋拡散中心を中心に左右対称に配置されているはずである。 このような磁気縞の発見は、海底拡散が起こっていることを示す強力な証拠となった
海底の年齢も海底拡散を裏付ける。 もし海底拡散が起こっていれば、海嶺では最も若い海洋地殻が見つかり、海嶺から大陸に向かうにつれて徐々に古い地殻が見つかるはずである。 これは事実である。
アルフレッド・ヴェーゲナーが欠けていた大陸移動のメカニズムである海底拡散を発見するためには、海底を探査する必要があった。 大陸移動説は再注目され、海底拡散とあいまってプレートテクトニクスの理論につながった。 このように、大陸移動の歴史は、大陸移動説や海底変動説などの仮説がどのように検証され、新しい説が誕生したかを示す素晴らしい例といえる。 プレートテクトニクスの歴史の概要については、Tarbuck and Lutgens (1994)を参照のこと。 上に戻る
材料（下記に出典）
海底の地図
“This Dynamic Planet” map
生徒一人につき一つ。
8.5 x 11インチのバインダー用紙2枚（紙の代わりにファイルフォルダーの厚紙を使うと丈夫な模型ができます）
はさみ
定規
透明テープ
マスキングテープ
色鉛筆またはクレヨン 提案。 生徒が模型を作る前に、前もって自分の模型を作って見せておくとよいでしょう。
材料の入手
北極、大西洋、太平洋、インド洋の海底地図は、ナショナルジオグラフィック協会、教育サービス、私書箱98019、ワシントンDC、20090-8019、電話1-800-368-2728から入手可能です。 9537>
Fisher-EMD: (1) 海洋底の燐光地図：サイズは24″ X 24 “です。 (10.60ドル）、（2）壁掛けサイズの大西洋中央海嶺マップ（27.40ドル）。 注文は Fisher Scientific-EMD, 4901 W. Lemoyne Street, Chicago, IL 60651; phone 1-800-955-1177.
“This Dynamic Planet.”（このダイナミックな惑星）です。 221>
“This Dynamic Planet: World Map of Volcanoes, Earthquakes, and Plate Tectonics” size 150 x 100 cm, developed by the United States Geological Survey and the Smithsonian Institution. 注文はUSGS Map and Book Distribution, P.O. Box 25286, Federal Center, Bldg. 810, Denver, CO 80225; phone 303-236-7477までお願いします。 価格は3ドルです。 トップに戻る
手順
生徒用アクティビティシートに書かれている手順で行います。 生徒は、生徒用アクティビティシートの図1に示すように、自分のモデルのために沈み込み帯と海洋中層海嶺の配置を測定することができますが、用意されている既製のテンプレートを与えることも可能です。 テンプレートをファイルフォルダーまたは同様の厚紙にコピーして、より頑丈なモデルにするとよいでしょう。
修正。 低学年の子供には、磁気ストライプや極性の反転の説明は省く。 この模型を使って、拡がり中心で新しい海底ができ、沈み込み帯で古い海底が消えていく様子を見せます。 紙製の模型は、前もって生徒用に切っておくか、あるいは自分で作った模型をクラスのデモンストレーションに使うとよいでしょう
拡張。 海洋拡散中心で見られる熱水噴出孔システムは、ブラックスモーカーやホワイトスモーカーと呼ばれ、過去15年間の海洋探査の中で最もエキサイティングな発見の一つである。 これらのスモーカーは、完全な暗闇の中に存在する鉱物資源やユニークな生態系の場所である。 海底の広がりや海底地形の単元と生物学を統合し、熱水噴出孔群に関連するユニークな生物を調査させることができます。
REFERENCES AND RESOURCES
NSTA/FEMA, 1988, Tremor Troop Earthquakes.を参照。
Tarbuck、E. J. and Lutgens、F. K., 1994, Earth Science (7th ed.), Macmillan Publishing Company, p. 207-242.
一般情報：
Yulsman, T., 1993, Charting Earth’s Final Frontier.The Earth Science (日本語訳), 2000, p. 207-242.Thomas: Earth, vol. 2, no. 4 (1993年7月), p. 36-41. GLORIA (Geologic Long-Range Inclined Asdic) と呼ばれるサイドスキャンソナー装置による海底の火山、断層、峡谷、溶岩流のマッピングについて述べている。
General Interest Publication “Marine Geology: 米国地質調査所の「Marine Geology: Research Beneath the Sea」では、海洋地質学者が海底を調査するために用いる手法や装置の概要を紹介しています。 海底の地形や堆積物、鉱物資源などの調査について解説しています。 50部まで無料で注文できます（学校のレターヘッドを使用）。United States Geological Survey, Box 25286, Denver Federal Center, Bldg.810, Denver CO 80225; Phone (303)236-7476: Scholastic, Inc.、ニューヨーク。 フリズル先生のクラスの子供たちが深海底に遠足に行き、動物や植物、熱水噴出孔、サンゴ礁を学ぶ（小学生向け）
深海熱水系について：
Ballard, R. D. and Grassle, J. F.、1979、Incredible World of the Deep-sea Rifts:
Lutz, R. A. and Hessler, R. R., 1983, Life Without Sunlight – Biological Communities of Deep-Sea Hydrothermal Vents（日光のない生命-深海熱水噴出孔の生物群集）:
Tunnicliffe, V., 1992, Hydrothermal-Vent Communities of the Deep Sea.「深海の熱水噴出孔の生物群集」: トップに戻る
動画：
「Treasures of Neptune: 海底のクロンダイク” ($149.00；26分)。 プレートテクトニクスと海洋鉱床の関係に注目し、海底のマッピングの様子や、水中スクープやシャベル、巨大な「掃除機」など、海洋資源の回収システムに注目します。 注文はFilms for the Humanities & Sciences, P.O. Box 2053; Princeton, N. J. 08543-2053; phone 1-800-257-5126までどうぞ。 “The Last Frontier on Earth” ($79.00; 26 min.) は、科学者がサイドスキャンソナーによるマッピングと深海掘削を使ってどのように海底を探査しているかを見せてくれます。 注文先：Bittanica Learning Materials, Customer Service, 310 South Michigan Avenue, Chicago, IL 60604-9839; phone 1-800-554-9862.
“Physical Oceanography” ($59.95; 19 min.)です。 海洋の探索方法、海洋と生物圏、岩石圏、大気圏との相互作用による独特の環境、海洋の3つの主要な特徴である化学、地形、水の動きについて説明しています。 注文は Scott Resources, P.O. Box 2121K, Ft. Collins, CO, 80522; phone 1-800-289-9299.
スライド：
「海底探査」（スライド22枚で$16.00）です。 深海潜水艇や遠隔操作の乗り物を使って、海底地溝帯を調査する潜水艦の研究のセットです。 ブラックスモーカー、チューブワーム、海洋学者が使用する機器の写真も含まれています。 ご注文はアメリカ地球物理学連合まで、Attn: Orders, 2000 Florida Avenue, N.W., Washington, D.C. 20009; Phone 1-800-966-2481.
いくつかの関連活動：
Crustal Evolution Education (CEEP) モジュール、「海底はどれくらいの速さで動いているのか？「は、全米地質学教師協会が開発したものです。 このモジュールでは、生徒たちは海底の堆積物のデータを調べ、そのデータが海底拡散説を支持しているかどうかを判断し、東太平洋の隆起の拡散速度を計算します。 海底に関連する他のCEEPモジュールには以下のものがあります。 リソスフェアプレートと海盆地形」、「微化石、堆積物、海底拡散」、「太平洋海底の動き」、「海底のミステリー」。 極性反転のマッピング」、「海底の形状をプロットする」です。 これらの各モジュールは、教師用ガイドと30枚の生徒用調査小冊子がセットになったクラスパックとして販売されており、価格は$23.50です。 注文先：Ward’s Natural Science Establishment, Inc. 5100 West Henrietta Road, P.O. Box 92912, Rochester, New York 14692-9012; Phone 1-800-962-2260.
GLOSSARY
asthenosphere リストーフルの下にある、マントル部分のことで、マントルの一部です。 この領域は変形しやすい岩石からなり、深さ700kmに達する地域もある。
大陸移動 大陸の大きな水平運動を仮定した最初の仮説。 この考えは、プレートテクトニクスの理論に取って代わられた。
収束プレート境界 互いに向かって移動する2つの岩石圏プレートの間の境界をいう。 このような境界は、沈み込み、地震、火山、造山によって示される。
キュリー点 岩石が磁性を失う温度（約580度）。
深海溝 大陸と平行に配され、海洋リソスフの沈み込みに関連した細長く非常に深い（最大11km）盆地である。
発散プレート境界：互いに離れていく2つのプレートの間の境界。新しいリソスフェアは、広がっていくプレートの間に作られる。
中層海嶺：すべての主要な海盆の底にある連続した山脈で、2つの岩盤プレートが互いに離れていくときに、新しい海底が作られる場所を示す。
正極性：地球の現在の磁場と同じ方向を持つ磁場。
古地磁気：岩石に記録された永久磁化で、古代の地球の磁場を復元できる。
パンゲア：2億年前に分裂を始め、現在の大陸を形成した「超大陸」という説。
反転極性：現在の地球磁場と反対の方向を持つ磁場。
変形プレート境界：互いにすれ違う岩石圏プレート間の境界。
海底拡散 1960年代初頭に提唱された仮説で、2枚のプレートが海嶺で互いに離れるときに新しい海底が作られる。
沈み込み帯 1枚の岩盤プレートが別のプレートの下に降りてくる細長い帯。 トップに戻る
海底拡散のモデル
はじめに：海底拡散中心での新しい海底の生成と沈み込み帯でのその破壊は、地球が常に変化を経験している多くのサイクルの1つである。
目的：この活動の目的は、海底拡散と沈み込みによる海洋地殻の進化を示す簡単なモデルを作ることです。
材料：
8.5 インチ×11 インチ紙 2 枚（1 枚は厚紙でも可）
定規
色鉛筆またはクレヨン
ハサミ
透明テープ
マスキングテープ
手順：まず最初に、海底拡がりや沈降による海洋構造物の進化を観察します。
1) 1枚のバインダー紙を、長辺が手前になるように置きます（図1）。
2) 紙の中央に、左右に5cmずつ残して高さ11.5cmの縦の線を引きます。 この線は海洋拡散中心を表している（図1参照）。
3) 中央の線の右側に、紙の右端から3cmのところに位置するように、2本目の縦線を引く。
4) 中央の線の左側に、紙の左端から3cmのところに3本目の縦線を引きます。 この線は、もう一つの沈み込み帯を表しています。
5) ハサミで縦線を切り、紙面に同じ高さで互いに平行な3本の切れ目を入れる。
6) 2枚目の紙には、紙の長辺に垂直な2.54cm（1インチ）の幅の帯を11本描く。 正常極性と逆極性の期間を表すバンドに交互に色をつける。
8) 紙を長辺と平行に半分に切り、図2のような短冊を2枚用意する。トップに戻る
9) それぞれの短冊の一端を最初の紙の広がり中心線に通す（図3参照）
10）それぞれの短冊を紙の端に近いスリット（沈み込み帯）に向かって引っ張る（図4参照）。 図3のように、それぞれの短冊をテープで留めて輪を作る。
11) リボン状の紙（海洋地殻を表す）を循環させて、海洋中層域から沈み込み帯までの海底の動きをシミュレーションする。
リボンの動きは、正極性を表すバンドから始める。 海底拡散モデルの観察から、最も古い海底が約2億年しか経っていないと考えるのはなぜか。
2) 実際の海底では、正極性と逆極性の縞模様はすべて同じ幅にはなっていない。 このことから、正極性と逆極性が表す時間の長さについて何がわかるでしょうか。
