地球

I

プロローグ

太陽系内の惑星のひとつで、太陽からの距離が3番目、直径の大きさが5番目の惑星。太陽から地球までの平均距離は約1億4960万km。生命が存在していることがわかっている唯一の惑星である。ただし、大気をもっていたり、水をふくんだりしている惑星はほかにも存在する。

地球は完全な球形ではなく、わずかにセイヨウナシ(→ ナシ)のような形をしている。人工衛星の軌道に生じる摂動(せつどう)をもとに計算すると、地球は赤道のふくらみが21km、北極のふくらみが10m、南極のへこみが約31mの不完全な球であることがわかった。

II

運動

太陽系全体とともに、地球は秒速約29.8kmの速さでヘルクレス座の方向にうごいている。しかし銀河系(→ 天の川)全体は、秒速約600kmの速さでしし座の方向にうごいている。地球とその衛星である月はいっしょに太陽のまわりを楕円軌道をえがいてまわっている。この軌道の離心率は小さく、円軌道とほとんどかわらない。地球軌道の長さは約9億3890万km。地球はそれにそって時速10万6000kmでうごいている。地球の自転周期は23時間56分4.1秒である。したがって、赤道上の点は時速1600kmと少々の速度で回転しており、北緯45度の線上の点は時速約1073kmで回転していることになる。

これらの主要な運動にくわえて、地球には次の3種類の運動もみられる。春分点の歳差、章動(太陽と月の重力が原因で生じる地軸の周期的な傾き)、緯度の変化(→ 緯度・経度)。

III

組成

地球は5つの部分からなっている。第1は気体からなる大気圏、第2は液体からなる水圏である。第3の岩石圏、第4のマントル、第5の核(コア)はおもに固体からなっている。大気は、固体の惑星をとりまく気体の外層で、厚さ1100km以上あるが、その質量の約半分は地表近くの5.6kmに集中している。つめたくかたい岩石の層からなる岩石圏は、地下100kmまでひろがっている。水圏は、海洋の形で地表の70.8%をおおっている水の層である。マントルと核は内部にあって、地球の質量の大半を占めるほど重い。

水圏を構成するのはおもに海洋であるが、厳密にいうと内海、湖、川、地下水をふくめて、世界にあるすべての水をいう。海洋の平均の深さは3794mで、大陸の平均高度の5倍以上もある。海洋の質量は約1.35 × 10²¹kgあり、地球の全質量の約4400分の1にあたる。

岩石圏の岩の平均密度は約2.7で、質量の99.5%は11の元素でほぼすべて構成されている。

もっとも豊富なのが全体の46.60%を占める酸素で、次が約27.72%のケイ素、8.13%のアルミニウム、5.0%の鉄、3.63%のカルシウム、2.83%のナトリウム、2.59%のカリウム、2.09%のマグネシウム、さらにチタン、水素、リン(3つをあわせて1%以下)とつづく。くわえて、それ以下に11の元素が0.1%から0.02%を占め、量の多い順に炭素、マンガン、硫黄、バリウム、塩素、クロム、フッ素、ジルコニウム、ニッケル、ストロンチウム、バナジウムである。

岩石圏にふくまれる元素の大部分は単独ではなく、化合物の形で存在している。化合物のほぼすべてが結晶の状態になっているので、鉱物とよぶことになる。

岩石圏は地殻と上部マントルの2つの層で構成されており、10以上のプレートにわかれている。また地殻そのものも2つにわけられる。大陸を構成している上部地殻のシアル層は火成岩と堆積岩でつくられている。平均の化学組成は花崗岩によく似ており、密度は約2.7である。海盆の底を形成している下部地殻のシマ層は、斑レイ岩や玄武岩といった黒く重い火成岩でつくられており、平均密度は約3である。

岩石圏の上部マントルの密度は約3.3である。上部マントルは、上にある地殻とはモホロビチッチ不連続面(モホ面)とよばれる地震波の不連続面でわけられ、下にある下部マントルとはアセノスフェア(岩流圏)として知られる層でわけられる。岩流圏は厚さが100kmあり、部分的にとけているために、大陸は移動し、海洋は開いたり閉じたりする。

密度の高い地球内部は、中心にある核と、それを厚くとりまくマントルとにわけられる。マントルは地殻の底から約2900kmの深さにまでひろがっている。アセノスフェアをのぞけば固体であり、密度は深くなればなるほど高く、3.3～6である。上部マントルは鉱物の橄欖石のように鉄とマグネシウムのケイ酸塩で構成されている。下部マントルはマグネシウム、シリコン、鉄の酸化物からなると思われる。

地震波による研究によって、核は、平均密度10、厚さ約2225kmの外核をもっていることがわかった。外核は液状で、外面には凹凸があるといわれる。凸地は熱い物質があがってくる場所である。外核とは対照的に、半径約1275kmの内核は固体状になっている。外核も内核もおもに鉄でできており、ニッケルなどがわずかにふくまれていると考えられる。内核の温度は6650°C、平均密度は13と推定される。

IV

内部の熱の流れ

内核からの強烈な熱が、地球の固体部分をなす球殻状の層をとおってつねに外部にながれだしている。熱源としてはウランなどの放射性元素の放射性崩壊によって放出されるエネルギーであると考えられる。マントル内での対流が熱エネルギーを地中深くから地表へとはこび、大陸移動(→ 大陸移動説)の原動力となる。対流が中央海嶺からとけた熱い岩を放出し、また陸上の火山から噴出する溶岩を供給している。→ ホットスポット