地学自主ゼミ：4.地球の内部

地学自主ゼミ（2003年度版）

「地球の内部はどうなっているのだろうか？」

　前々回、ジオイドの話をした。
　ジオイドは「地球表面の重力方向に垂直な曲面で、平均海水面に一致するもの」だけれど、このジオイドの表面には凹凸がある。　→　重力の方向が、地球楕円体の法線と一致しない。
　つまり、地球の内部には物質（密度）の不均一があるということになる。

　地球上での重力（γo）は、

万有引力　：　　と　遠心力　：　

→　遠心力ついての説明は前回話した。

の合力なので、

とあらわすことができる。これが、計算で求められる標準重力である。

　もしも地球内部の物質が一様であるならば、この計算から求めた標準重力と、実測から求めたある地点での重力の値とは同じになるはずである。ところが、ある地点での重力の実測値を g として、

　という補正を加えた値、つまり重力の補正値（g_o"）を求め、これを標準重力と比較すると、一般に大陸において実測値が小さく、海洋において大きくなることが知られている。つまり、

　　　←　重力異常

において、

海洋では　：　　（重力異常が正　←　地下が重い）

大陸では　：　　（重力異常が負　←　地下が軽い）

である。

→　大陸は、ジオイド面より下の部分の密度が海洋よりも小さい。

大陸　：　軽い物質からできている　→　花崗岩質「大陸地殻」

海洋　：　重い物質からできている　→　玄武岩質「海洋地殻」

　大陸地殻も、海洋地殻も、重力に対して安定しているように見えるから、大陸でも海洋でも、地下のある深さのところで、それより上にある部分の重さが同じになっているはず。

地殻の構造は重力的に釣り合っている　→　「アイソスタシー」

　上の図で、ρの密度を持つ部分を大陸地殻、ρ_oの密度を持つ部分を海洋地殻とすると、地下のある深さで見れば、その上にある大陸地殻の高さ（h）と海洋地殻の高さ（h'）にそれぞれの密度をかけたものは、どの地点でも等しくなるはず。

　大陸地殻と海洋地殻を併せて地殻と呼び、これは地表からモホロビチッチ不連続面（モホ面）までの部分に相当する。

大陸地殻　：　平野部で 20 - 30 km、山岳部で 30 - 70 km　ぐらい
海洋地殻　：　5 - 10 km　ぐらい

　実際に人間の掘った距離は、地表からせいぜい 13km ぐらい（ソビエトによる掘削）。

→　では、地球の内部を「見る」にはどうしたらいいだろう？

　地球は光を通さないから、地球の中を直接「見る」事はできないが、人体の中をＸ線で「見る」ように、地震波を使って地球の中を「見る」事ができる。Ｘ線は直進するが、地震波は地球の中を屈折して進むことを利用する。

→　伝播速度が場所によって違う（光の屈折と同じ）。

地震波には次の二種類がある。

1. P波（Primary Wave）・・・・・地震計で最初に現れる: - 波の進行方向と同じ方向に振動する。; - 固体・液体・気体のいずれの中でも伝わる。; - 地表附近の岩石中を伝わる速さは 5 - 7 km/秒

2. S波（Secondary Wave）・・・・・P波のあとに現れる。: - 波の進行方向と直角方向に振動する。; - 固体中しか伝わらない。; - 地表附近の岩石中を伝わる速さは 3 - 4 km/秒

　これら以外にも、表面波（ラブ波・レイリー波など）がある。

※参考頁　：　http://www3.to/seismology/　・・・　地震波をアニメーションで見られます。

　地球上のある地点で起こった地震を地球各地の地点で観測すると、地震波が伝わらない場所があることがわかった。

　P波は屈折して伝わり、S波は103°よりも遠いところに伝わらない。つまり、地球の中心附近には、S波を通さず、また、P波を屈折させるような物　→　「液体」があるらしい、という事がわかった。

地震波の伝播とその解析からわかっている地球の内部構造。

■　宿題　■

- 問 1 -: 　スカンジナビヤ半島では、氷河時代以降 275m 陸地が上昇した。当時、ここにはどれだけの厚さの氷河があったかを求む。但し、マントルの密度は 3.3g/cm³ とする。

- 問 2 -: 　地震波の伝わる部分が均質な構造であるとして、観測点と震源の間の距離を D km 、初期微動継続時間（P-S時： P波が到達してから、S波が到達するまでの時間）を t 秒とすると、どのような関係式が成り立つか。
　また、P波、S波速度がそれぞれ 5km/秒・3km/秒、P-S時が 6 秒であるとき、震源までの距離を求めよ。