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地球

目次 †

地球 †

• 太陽系の惑星の中で、地表に水があるのは地球だけ。
  • 地球の表面の7割は海。
• 大気は窒素と酸素が大部分である。
  • 二酸化炭素は0.037%ほど。二酸化炭素で温室効果が起こり、人間が住める適温を維持している。
    • 仮に二酸化炭素が地球上からなくなると、地球の平均気温が-20℃前後まで下がる。
• 地球は生物的要素と非生物的要素から成り立つ。
• 昔は地球に酸素がなかったが、無酸素下でも生きられる生物が存在した。27億年前にラン藻【そう】の光合成で酸素が生じたため、その生物たちは絶滅して、酸素呼吸を行う生物の時代になった。
• 地球では生物の大絶滅が過去に5回起こっている。
• ギルバードは地球は巨大な磁石であると主張した。
  • その主張を示すために天然磁石を施盤で球形に削った地球モデル（今ではギルバードの球形磁石と呼ばれる）を作った。そして、その上に小さな方位磁針を立て、羅針盤の指極性や偏角・伏角などを説明した。

地球の形 †

1. 地球のどこでも基本的に万有引力は同じ。
2. 遠心力は赤道で最大で、高緯度へ向かって小さくなり、極でゼロになる。
   • 回転半径が大きいほど遠心力が大きいため。

　万有引力と地球自転の遠心力の合力が重力となる。上記の結果より、赤道では遠心力が最大で、その分万有引力が弱められ、合力としての重力が一番小さくなる。一方、極では遠心力がゼロなので、万有引力と重力は同じ大きさになり、地表では重力が最大の地点となる。

　結果として、地球の極を押しつぶしたような形の卵形になるわけである。

地球の半径の求め方 †

エラトステネスの測定法 †

　2地点の緯度差をθ、2地点の距離をdとすると、地球半径rは次の関係にある。これは円の中心角と、それが張る弧の長さが比例することから言える。

360度:2πr＝θ度:d

例：地球が球であることを知り、初めて地球の大きさを求めたのはエラトステネスといわれる。彼はアレクサンドリアとほぼ同一子午線上に位置するナイル河畔の町シエネでは、夏至の日の正午に深井戸の底を太陽が照らすのを知っていた。また、同じ夏至の日の正午、アレクサンドリアでは太陽は天頂より南よりに7.0度のところにくることも知っていた。さらに、両地点間の距離は隊商がラクダを連れて往復する日数から920kmを得た。この事実をもとに彼は地球の半径を計算した。

　太陽は遠方にあるので、太陽光線は地球に平行に当たっている。よって、図にしてみると次のようになる。

　よって、円弧の長さとその角度の関係から、単純な幾何の問題になる。

360[度]:2πr[km]＝7.0[度]:920[km]
r=(920×360)/(2π×7.0)
∴r=7,800[km]　◇

地球の化学組成 †

• 地球全体
  • 鉄、酸素、ケイ素、マグネシウム
    • 地球全体では鉄が多いことに注意。
• 地殻
  • 構成元素の多い順は「酸素＞ケイ素＞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」となる。
    • 「おっ しゃ られ て か そう か ま」あるいは「お し あ て かる な かり ま」という語呂合わせで覚える。ナトリウムを「ソウ」と当てているのは、ナトリウムをソーダと呼ぶことがあるからである。
• マントル
  • 酸素、ケイ素、マグネシウム、鉄
• 核
  • 鉄、ニッケル

地球の内部構造 †

リソスフェアとアセノスフェア †

　地球内部を物質の状態である「硬い」「軟らかい」で分けると、リソスフェアとアセノスフェアに分類できる。

• リソスフェア
  • 硬い部分
  • 地殻とマントルを含んだ、地表から厚さ100km程度の部分である。
  • 何枚かのプレートに分けられる。
    • プレートの上の部分＝地殻、プレートの下の部分＝マントル（の上部）
• アセノスフェア
  • 軟らかい部分
    • 軟らかい物質中では地震波の速度が遅くなるので、このアセノスフェアの上の方は地震波の低速度層とも呼ばれる。
  • アセノスフェアでは、地球内部の温度と融点が非常に近い。

地球内部の熱 †

• 地球は地震や噴火などの限られた場所において短期間にエネルギーを放出するが、地球表面全体kら絶え間なく放出されている地殻熱流量のほうがはるかに大量のエネルギーを放出している。
• 地表付近では太陽光線が当たり温度が上がり、夜間になると冷える。これが影響するのは、地表から深さ20〜30mまでである。
• 「地殻熱流量＝地下増温率×（岩石の）熱伝導率」で計算できる。
• 地球の熱輸送では、対流・伝導・潜熱が係わる。
  • 熱を伝える形式は放射・対流・伝導・潜熱の4つがある。
  • 放射は赤外放射や太陽放射などの電磁波の形でエネルギーが伝わる形式である。これは大気・海洋分野のところで出てくる。
  • マグマの発生・固結を考えれば、地球では潜熱が係わる。
  • アセノスフェアより深い地球内部では主に対流によって熱が移動し、アセノスフェアより浅いリソスフェアでは伝導によって熱が伝わる。
• プレートが作られている海嶺では、地殻熱流量が一番大きい。そして、海嶺から離れるにつれて小さくなって、一般的な大洋底では小さくて、一番小さいのが海溝である。
  • つまり、冷たくて重くなったプレートが潜り込んでいるのが海溝である。

地球内部の熱源 †

　地球内部の熱源として次の2つが挙げられる。

1. 地球が作られたときに隕石が衝突したときの熱エネルギーなどが地球内部にまだ残っている。
2. 岩石中に含まれている放射性同位体の崩壊熱
   • 放射性同位体の含有率が多いのは、大陸地殻の上部を作っている花崗岩【かこうがん】である。
     • 岩石別放射性同位体保有量は「花崗岩＞玄武岩＞橄欖岩」の順番になる。
   • 海洋地殻を作っている玄武岩はこれより少ない。マントルを作っているような橄欖岩【かんらんがん】はずっと少ない。

地球表層部 †

地殻の変動 †

• 地表の起伏を増したり、地殻の構造を複雑化するエネルギーの源は地球内部にある。それに対して、地表の起伏を少なくするエネルギー源は太陽放射である。

地球表層部の組成 †

1. 大陸地殻
   • 厚さ30〜50km
   • 最古の岩石は約40億年前
   • 上層は花崗岩質岩石、下層は玄武岩質岩石
2. 海洋地殻
   • 厚さ5〜10km
   • 最古の岩石は約2億年前（ジュラ紀）
     • 海洋プレートは大陸プレートよりも平均密度が大きいので、海溝からマントル内に潜り込んで失われていく。つまり、海洋プレートでは若い年代の岩石しか残らないわけである。
   • 玄武岩質岩石

• マントル上部
  • 橄欖岩質岩石

地球の歴史 †

放射年代（絶対年代） †

代表的な放射年代 †

• 地球の誕生：46億年前
• 最古の岩石：40億年前
  • カナダやグリーンランドの盾状地から見つかっている片麻岩である。
• 最古の化石：35億年前
  • 南アフリカの35億年前ほど前の地層かららん藻の仲間の化石が発見された。
  • 生物の誕生。

[補講]35億年前の地球の空気は酸素が多かったかという問いについて、「35億年前」→「最古の化石」→「らん藻の仲間」→「海の生物」→「陸上に生物がいなかった」→「まだ陸上に生物が暮らせない」→「紫外線の影響」→「オゾン層が存在しない」→「オゾンは酸素から構成されるので、オゾン層がないということは酸素も少なかった」と帰着できる。　◇

相対年代 †

　動物の世界の変歴で区別している年代のこと。次のように分類される。

• 先カンブリア時代：絶対年代5億4,000万年前以前
  • 生物の誕生→多細胞生物の誕生
• 古生代：絶対年代5億4,000〜2億5,000万年前
  • 魚類・両生類の発展→海にすむ無脊椎動物の発展
• 中生代：絶対年代2億5,000〜6,500万年前
  • 大型爬虫類とアンモナイトの発展
• 新生代：絶対年代6,500万年前
  • 哺乳類と人類の発展
  • 第四期と第三期に分けられる。
    • さらに第四期は完新世と更新世に分けられる。

[補講]先カンブリア時代の動物は、殻もなければ脊椎もないという、化石として非常に残りにくいものだけであった。ところが、古生代に入ると、三葉虫のように殻のある動物が出現して、化石として記録に残りやすくなった。よって、先カンブリア時代と古生代の境目と言うのは、殻のある動物の出現という境目で決められる。　◇

地球の自然環境の構成要素 †

• 自然環境
  • 非生物要素（無機的環境）
    • 大気（気体組成・温度・湿度）
    • 水（水質・低質）
    • 地形・地質・土壌
    • 気候・気象
  • 生物要素（有機的環境）
    • 植物
    • 動物
    • 微生物
    • など

参考文献 †

• 『じしゃく忍法帳』
• 『実況中継シリーズ　大学入試センター試験　地学IB』
• 『改定版テキスト対応!　資格取得スピード王が教えるeco検定　１ヵ月合格術』
• 『改定版　eco検定　公式テキスト』