岩波講座 地球惑星科学(全14巻)

目次


入門編
 1 地球惑星科学入門
 2 地球システム科学
 3 地球環境論
基礎編
 4 地球の観測
 5 地球惑星物質科学
 6 地球連続体力学
 7 数値地球科学
 8 地殻の形成
 9 地殻の進化
10 地球内部ダイナミクス
11 気候変動論
総合編
12 比較惑星学
13 地球進化論
14 社会地球科学


1 地球惑星科学入門

はじめに
1 太陽系のなかの地球
1.1 地球とはいかなる星か
1.2 太陽系天体との比較 21
2 地球の構成 47
2.1 地球の全体像 47
2.2 地球周辺空間の構造 52
2.3 地球流体圏の構造 60
2.4 固体地球の構造 72
2.5 地球の物質・エネルギー環境 92
3 分化 101
3.1 地球の熱史と年代 101
3.2 地球史と分化 111
3.3 分化の仕組み 117
3.4 核とマントルの分化 123
3.5 マントルと地殻の分化 135
3.6 地球物質大循環(化学分化の落ちつく先は?) 145
3.7 マントルと地殻の分化と同位体進化 148
4 生命の起源と進化 163
4.1 生命誕生の場−地球の原始大気と海洋の起源・進化 165
4.2 生命に必要な材料の化学進化 171
4.3 最初の生命と細胞の進化 190
4.4 光合成の始まりと地球環境の変化 207
5 太陽系の起源 219
5.1 現在の太陽系と原始太陽系星雲 219
5.2 星と惑星系円盤の形成 229
5.3 太陽系形成の標準モデル 238
5.4

太陽系形成論の問題点

272
索引 281


2 地球システム科学

はじめに
1 地球システム科学とは
1.1 地球システムとは
1.2 地球システム科学の基礎 10
1.3 本巻の構成 19
2 地球システムにおける物質循環 21
2.1 地球における物質輸送 21
2.2 地球表層における物質循環 27
2.3 地球表層・内部間における物質循環 38
2.4 物質循環と地球システムの変動 48
3 地球システムにおける対流とエネルギーの流れ 55
3.1 地球システムにおける対流とその役割 55
3.2 地球システムにおけるエネルギーの流れ 65
3.3 地球内部の対流のパターン 79
4 気候システム 99
4.1 気候システムとは何か 99
4.2 エネルギー循環 108
4.3 全球の水循環 119
4.4 気候システムにおけるサブシステム間相互作用 123
4.5 フィードバックと結合系 129
4.6 気候モデルと地球温暖化 141
5 生態システム 145
5.1 生態システムとは 145
5.2 生態システムの形成と変遷 158
5.3 生態システムと地球環境変動 174
6 地球システムの安定性 185
6.1 過去15万年の気候変動について 186
6.2 太陽による影響 188
6.3 システム論的地球史 192
6.4 巨大隕石衝突による擾乱の影響 206
6.5 人間圏の分化と地球システム 210
索引 217


3 地球環境論

はじめに
1 地球環境論をめぐる諸問題
1.1 地球環境問題とは何か
1.2 科学・技術と人間社会
1.3 人間社会と自然環境
2 地球資源問題 11
2.1 資源とは何か 11
2.2 資源の分類 13
2.3 地球システムと資源 17
2.4 地球資源問題の諸相 20
2.5 今後の課題 33
3 水惑星としての地球 37
3.1 地球に存在する水の特殊性 37
3.2 地球上の水の分布と循環 44
3.3 水惑星地球における水循環とエネルギー循環 62
3.4 今後の課題 70
4 氷期と将来の地球環境変動 77
4.1 氷期と現在 78
4.2 過去と将来の地球規模変動 83
4.3 気候モデルの検証 87
4.4 地球システムの変動 89
4.5 今後の課題 96
5 地球温暖化 101
5.1 地球温暖化をめぐる現状 101
5.2 炭素循環 114
5.3 気候モデルによる予測 119
5.4 今後の課題 134
6 オゾン層の破壊 139
6.1 オゾン層とは 139
6.2 オゾンの濃度分布と変動 151
6.3 オゾンホールの発生機構と極成層圏雲 158
6.4 硫酸エアロゾルとオゾン層 166
6.5 今後の課題 170
7 地表環境の変化 177
7.1 削剥作用 178
7.2 風化作用と土壌の生成 183
7.3 土壌の機能 189
7.4 人間活動による地表環境の劣化 192
7.5 酸性雨に対する反応と影響 200
7.6 今後の課題 204
索引 209


4 地球の観測

はじめに
1 地球を観測するとは
1.1 地球科学研究と観測
1.2 地球活動の観測
1.3 地球観測の制約
1.4 地球観測の全体的な具体例 11
2 宇宙からの地球観測 35
2.1 リモートセンシング 35
2.2 センサ 43
2.3 データの補正と較正 53
2.4 陸域のリモートセンシング 57
2.5 海域のリモートセンシング 66
2.6 大気のリモートセンシング 71
3 地球物理的観測 85
3.1 重力の観測 87
3.2 地球回転・地球変形の観測 92
3.3 地球電磁気観測 100
3.4 熱の流れの観測 109
4 地震の観測 119
4.1 地震動を測る 119
4.2 地震動の伝わり方 135
4.3 地震の活動を知る 149
4.4 地震から構造を知る 149
4.5 地震観測と固体地球 159
5 地質の探査 173
5.1 陸上探査 173
5.2 海底地質調査 184
5.3 ボーリング探査 204
5.4 年代を知る 207
6 気象海洋観測 213
6.1 気象観測 213
6.2 海洋観測 224
6.3 4次元データ同化システムとデータ管理・配信システム 247
7 化学的手法による地球の観測 255
7.1 はじめに 255
7.2 サンプリング 256
7.3 陸上調査 266
7.4 海洋調査 271
7.5 同位体比の測定 275
7.6 海洋の現場化学分析 283
8 資源の探査 291
8.1 浅熱水性金鉱床 291
8.2 金の濃集メカニズム 295
8.3 探査の目標と方法 301
8.4 熱水系の時空構造を観測する 304
8.5 熱水系の温度構造を知る 308
8.6 元素の濃集と分散を 315
索引 325


5 地球惑星物質科学

はじめに
1 地球と惑星を構成する鉱物の構造
1.1 鉱物物性の実験・観測と理論計算
1.2 イオン半径と混成軌道
1.3 鉱物における化学結合を理解するために 10
1.4 温度を考慮しない電子状態計算による鉱物の構造と物性 13
1.5 任意の温度での結晶構造と物性の予測 22
1.6 将来へ向けて:動的およびミクロ(局所)構造 35
2 地球と惑星を構成する鉱物の物性 41
2.1 鉱物の弾性的性質の基礎 41
2.2 高温高圧下での弾性的・熱的性質と地球・惑星内部 67
3 メルトの化学と物性 91
3.1 液体の構造と物性の概略 91
3.2 ケイ酸塩融体構造の複雑性 96
3.3 実験によるケイ酸塩融体の構造 101
3.4 ケイ酸塩融体の化学 110
3.5 高圧下でのケイ酸塩融体の構造と物性 119
4 地球構成物質の高圧相転移と熱力学 123
4.1 高圧下の物質のふるまい 123
4.2 高温高圧実験 124
4.3 高温高圧下の相転移 132
4.4 相転移の熱力学 148
4.5 マントル、核の物質構成 163
5 造岩鉱物の熱力学 177
5.1 平衡定数 178
5.2 理想溶液 192
5.3 非理想溶液 198
5.4 多席固溶体 206
6 元素の挙動 233
6.1 太陽系・地球における元素の存在度 233
6.2 微量元素の地球化学 237
6.3 同位体の地球化学 252
付録 279
索引 287


6 地球連続体力学

はじめに
1 連続体力学の基礎
1.1 連続体力学の構成と表記法
1.2 変形と運動の解析
1.3 運動法則と応力テンソル 15
1.4 つり合い原理と場の方程式 21
1.5 物質の力学的・熱力学的特性 27
1.6 ナビエの方程式とその解 33
2 流体力学 39
2.1 基礎方程式と流体力学の基本法則 39
2.2 回転成層流体の基本特性 53
2.3 波動理論 80
2.4 不安定論と乱流理論 93
3 電磁流体の力学 99
3.1 電磁流体の基礎概念 99
3.2 電磁流体波動 111
3.3 衝撃波 122
3.4 地球磁場の起源とダイナモ理論 138
4 弾性体振動論 145
4.1 序論 145
4.2 地球の振動の基本方程式 147
4.3 自由振動 152
4.4 球対称な場合 153
4.5 PREMによる計算例 160
4.6 震源による力:長波長近似 162
4.7 励起 166
5 変形と破壊 175
5.1 内部歪みと等価物体力 175
5.2 地震破壊の物理法則 183
5.3 断層運動に伴う地表変化 197
5.4 線形粘弾性と対応原理 205
5.5 表面荷重による地表変形 213
5.6 プレートの沈み込みと地殻変動 223
6 岩石の粘性流動 239
6.1 変形様式の分類:弾性、脆性、塑性 239
6.2 塑性変形の基礎:変形メカニズムと構成方程式 245
6.3 岩石の微細構造と変形 256
6.4 変形の局所化と変形の安定性 267
6.5 相転移と塑性流動 274
6.6 岩石の物理から見た地球のレオロジー 279
6.7 レオロジーとマントル対流 283
付録 293
索引 315


7 数値地球科学

はじめに
1 数値地球科学とは
1.1 地球科学の特徴
1.2 数値シミュレーション
1.3 自然を知るために
2 磁気圏形成のシミュレーション
2.1 磁気圏構造の概観
2.2 磁気圏の形成
2.3 衝撃波 12
2.4 磁力線再結合 19
2.5 ケルビン−ヘルムホルツ不安定性 35
2.6 磁気圏の巨視的形成モデル 49
2.7 電磁流体・プラズマを支配する物理法則と数値計算スキーム 56
3 大気の数値シミュレーション 75
3.1 大気のシミュレーションモデルの構成 I 77
3.2 大気のシミュレーションモデルの構成 II 85
3.3 数値予報の現状と課題 105
3.4 予報変数の離散化と数値積分 113
4 海洋大循環のシミュレーション−数値海洋学 127
4.1 風成・熱塩海洋大循環論の原理 127
4.2 数値モデルによる現実的な海洋大循環論の研究 133
4.3 大規模海洋大気相互作用 140
5 マントル進化のシミュレーション 155
5.1 マントル対流と火成活動 160
5.2 定式化 164
5.3 上部マントル進化の数値モデル 172
5.4 地球への応用 181
6 多体問題のシミュレーション 187
6.1 多体問題とは 187
6.2 遠距離力の計算法 191
6.3 重力多体シミュレーション 196
6.4 渦糸力学シミュレーション 213
6.5 分子動力学シミュレーション 215
索引 225


8 地殻の形成

はじめに
1 地殻の構造を探る
1.1 地殻の構造
1.2 地殻の構成物質 25
2 地殻の成り立ちとマグマプロセス 49
2.1 マグマ多様性の成因:マントル内プロセス 49
2.2 海洋地殻の形成 57
2.3 大陸地殻の形成 60
2.4 マグマの地殻内でのふるまい 70
2.5 マグマの輸送 72
2.6 地殻の融解 79
2.7 生成マグマの化学組成 85
2.8 マグマの化学組成変化 86
2.9 地殻内のマグマ供給システムの具体例 97
3 火山と噴火のダイナミックス 121
3.1 火山体と火山現象 121
3.2 火山の地下構造 137
3.3 噴火タイプとマグマの上昇メカニズム 148
3.4 噴火のメカニズムと噴出物 163
3.5 惑星火山科学にむけて 178
4 地殻の変形とテクトニクス 183
4.1 応力と歪 183
4.2 岩石の破壊と断層 196
4.3 水と岩石の変形 209
4.4 破壊から流動へ:リソスフェアの力学モデル 218
4.5 岩石のレオロジーとプレートテクトニクス 237
索引 257


9 地殻の進化

はじめに
1 地表の変貌とマスバランス
1.1 地形概観とその変遷
1.2 マスバランス 17
1.3 地殻の水の役割 27
2 地層の形成 39
2.1 堆積物の運搬堆積機構 40
2.2 堆積相解析と堆積環境 54
2.3 海面変動、テクトニクスと地層の形成 66
3 堆積物・堆積岩・鉱床 89
3.1 堆積物の種類 89
3.2 続成作用 101
3.3 鉱床の生成と地球表層環境の進化 113
4 変成作用と変成岩 141
4.1 変成岩と変成作用 142
4.2 変成作用とテクトニクス 172
5 テクトニクスと造山運動 187
5.1 テクトニクスとは何か 187
5.2 造山運動論の歴史 190
5.3 大陸の分裂と大陸地殻の改変 202
5.4 プレート沈み込み帯:太平洋型造山運動 219
5.5 大陸の合体:衝突型造山運動 253
索引 277


10 地球内部ダイナミクス

はじめに
1 リソスフェアダイナミクス
1.1 リソスフェアの運動
1.2 リソスフェアの相互作用とダイナミクス 12
1.3 プレート運動のグローバルダイナミクス 28
2 マントルダイナミクス I −描像 39
2.1 地震波による解析方法 40
2.2 地球の構造と特徴 47
2.3 地球の3次元構造 58
3 マントルダイナミクス II −力学 73
3.1 マントル対流の基礎理論 73
3.2 マントル対流と現在の地球 94
3.3 マントル対流と地球の熱史 110
4 マントルダイナミクス III −物質 123
4.1 マントルダイナミクスと地球内部の化学進化 123
4.2 上部マントル物質の産状 125
4.3 始源的なマントル物質の組成を求めて 133
4.4 テクトスフェアの起源 145
4.5 さらにマントル深部の組成 150
4.6 沈み込む海洋プレートの行方 152
4.7 マントルプルームとホットスポット玄武岩マグマの生成 165
4.8 地球物質大循環:未解決の問題 189
5 マントルダイナミクス IV −進化 201
5.1 マントル内の地球化学的端成分の認識 201
5.2 地球化学的端成分の成因 209
5.3 進化モデル 221
6 コアダイナミクス 231
6.1 コア表面近傍の流体運動 231
6.2 ダイナモ作用 240
6.3 磁場データを用いた流体運動の推定 250
6.4 内核の影響 252
6.5 核−マントル境界(CMB)の役割 255
6.6 地球回転速度変化の影響 260
索引 265


11 気候変動論

はじめに
1 気候の形成
1.1 気候とは何か
1.2 気候を決める要因
1.3 海陸分布に伴う気候の分布 23
2 気候の年々変動をきめるもの 33
2.1 季節サイクルと平年偏差 33
2.2 エルニーニョ/南方振動(ENSO) 36
2.3 テレコネクション 45
2.4 大陸スケールの大気・陸面相互作用 48
2.5 大気・海洋・陸面相互作用とENSO/モンスーンシステムの変動 54
3 数十年から数百年の気候変動をきめる海洋 69
3.1 海の密度構造 69
3.2 風が駆動する表層大循環 79
3.3 密度フラックスが駆動する熱塩循環 90
3.4 海と長期気候変動 95
4 第四紀の気候変動 103
4.1 研究の手段 104
4.2 氷期の世界像 113
4.3 氷期・間氷期サイクルの時系列 123
4.4 ミランコビッチフォーシング 128
4.5 ミランコビッチフォーシングへの応答としての氷期・間氷期サイクル 131
4.6 氷期から間氷期への遷移 139
4.7 数十年から数千年の時間スケールの変化 144
4.8 おわりに 147
5 地質時代の気候変動 157
5.1 地質時代の気候の復元法 157
5.2 第三紀:複雑化する気候システム 163
5.3 中生代:無氷河時代の気候システム 180
5.4 古生代:無氷河時代から無氷河時代へ 191
5.5 顕生代の長期変動と気候変動の特徴 199
6 気候および気候変動の数理モデル 221
6.1 力学系の基本概念 221
6.2 平衡気候モデルの構成と実例 226
6.3 自励的な気候変動モデルの構成と実例(1):遅れのある系 235
6.4 自励的な気候変動モデルの構成と実例(2):多自由度系 241
6.5 非自励的な気候変動モデルの構成と実例 250
6.6 気候モデルの抱える問題点 259
索引 267


12 比較惑星学

はじめに
1 惑星物質科学
1.1 太陽系の進化と物質科学
1.2 宇宙における元素合成
1.3 太陽系の化学組成と宇宙化学
1.4 隕石 18
1.5 プレソーラーグレイン 48
1.6 52
1.7 火星 65
1.8 金星 77
2 惑星上の衝突過程 87
2.1 クレーターの形成過程 88
2.2 クレーターのスケーリング則 99
2.3 カタストロフィック破壊と実験 106
2.4 カタストロフィック破壊のスケーリング則 114
2.5 諸天体上で見られる衝突の痕跡 118
3 比較惑星系形成論 131
3.1 「比較」惑星系形成論の立場 131
3.2 惑星系形成論の概略とその問題点 145
3.3 中心星と原始惑星系円盤の形成 154
3.4 原始惑星系円盤の構造と進化 167
3.5 ダストの成長と微惑星の形成 183
3.6 微惑星の運動学 193
3.7 木星型惑星のガス捕獲 207
3.8 惑星集積の現代的描像 215
4 惑星大気・惑星磁気圏 233
4.1 惑星大気の基礎理論 234
4.2 惑星大気の概観 277
4.3 地球磁気圏の成立 306
4.4 太陽系の天体をとりまく磁気圏 334
5 惑星と衛星の地質、内部構造 367
5.1 惑星と衛星の地質概説 367
5.2 比較惑星地質学 405
5.3 惑星・衛星の内部構造 414
6 太陽系の小天体 437
6.1 彗星 437
6.2 エッジワース−カイパーベルト天体 464
索引 473


13 地球進化論

はじめに
1 地球システムの形成
1.1 地球システムの形成と初期進化
1.2 地球システムの形成に関する制約条件
1.3 地球システムの形成の素過程 11
1.4 地球システム形成のシナリオ 48
2 地球システムの変遷 55
2.1 地球進化論の成立と発展 55
2.2 地球進化のプロセス 61
2.3 地球の冷却史がつくる地質時代境界 108
2.4 太古代−原生代境界 116
2.5 原生代−顕生代境界 129
2.6 生命と地球の共進化 137
2.7 地球進化における偶然と必然 139
3 造山帯と大陸の成長 155
3.1 地球テクトニクス研究の最近の進歩 157
3.2 マグマによる地殻の形成 160
3.3 上部大陸地殻を構成する地質帯 162
3.4 海洋地殻と海洋性島弧 182
3.5 太古代の地質帯 197
3.6 原生代の地質帯 210
3.7 顕生代の地質帯 219
3.8 大陸の成長 236
4 火成作用の変遷と大陸地殻の進化 259
4.1 大陸地殻の地質記録 259
4.2 火成岩変遷の概観 261
4.3 大陸地殻の構造とテクトスフェア 263
4.4 クラトンの火成岩類 267
4.5 コマチアイトとマントル温度の変遷 271
4.6 玄武岩の変遷 276
4.7 花崗岩の変遷 282
4.8 花崗岩の成因と大陸地殻の形成過程 286
4.9 大陸地殻成長モデル 290
4.10 大陸の成長とマントルダイナミクスの変遷 292
5 大気海洋系の進化 303
5.1 地球環境の独自性 303
5.2 大気海洋の形成と地球の脱ガス史 307
5.3 大気進化と地球環境:暗い太陽のパラドックス 315
5.4 二酸化炭素の減少と地球環境の安定性 320
5.5 生命の誕生と酸素の増大 334
5.6 物質循環と大気の進化 346
5.7 物質循環と海洋の進化 350
6 地球環境と生物の進化 367
6.1 環境と生物 369
6.2 生命の発生と生物の進化 381
6.3 大絶滅と大進化 401
6.4 地球環境と生物 412
6.5 氷期−間氷期変動と生物 428
6.6 偶然の進化史 433
7 テクトニクスと地球環境の変遷 447
7.1 大陸の成長と地球環境:序論 447
7.2 大陸の成長・離合集散の歴史 451
7.3 地層に残された記録 459
7.4 地質時代の地球環境 478
7.5 顕生代のテクトニクスと地球環境 492
7.6 地球環境変遷史研究:これからの展望 508
索引 521


14 社会地球科学

はじめに
1 人間圏とは何か
1.1 フレーム問題について
1.2 地球システムと人間圏
1.3 文明の地球システム論的考察
2 地球資源論 13
2.1 地球資源論とは 13
2.2 資源の分類と成因 14
2.3 地球資源問題 31
2.4 地球資源問題への取り組み−科学技術的対策 46
2.5 地球資源問題への取り組み−政治・経済・社会的対策 55
3 自然災害 69
3.1 気象災害 72
3.2 火山災害 88
3.3 地震災害 114
3.4 津波災害 133
3.5 巨大災害 149
4 予知・防災の地球科学 173
4.1 災害とは何か 174
4.2 地球科学と予測・予知 192
4.3 地球惑星科学から見た防災 206
4.4 都市防災のあり方 211
5 地球−人間社会システムの将来設計 219
5.1 人間圏の安定性 219
5.2 太陽系システムのストック依存型文明 228
5.3 社会地球科学の展望 232
索引 257