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授業科目『地球とその環境』（２００６年度後期）

配付プリント

言葉の意味が分らない場合は、インターネットのフリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』からキーワードを入力して検索を行うと簡潔な説明を読むことができます。

●第１回（10/3）〔於保〕【補足説明】

• 本授業内容の概略を紹介。
• 配布プリント１枚。
  『本授業の内容概説』
• 試験について（こちら）。
  【日時】１月３０日（火）または２月６日（火）の同じ時間帯。４０分間。
  【内容】
  （１）各回（第２週〜第１４週）１問ずつの計１３問から、４問を選択して解答する（記述式）。２５点×４問＝１００点満点。
  （２）持ち込み可。
  （３）出席点（次回から出席をとる予定）を考慮する。

●第２回（10/11）【宇宙の中の地球（福岡）】【補足説明】

• ビデオ�@『ビック・バンと宇宙の誕生』（18分）〔NHKビデオ教材：大宇宙3〕
  『アンドロメダ銀河/渦巻銀河/棒渦巻銀河/クエーサー/ハッブルの観察/宇宙の膨張とその始まり/宇宙背景放射の観測/宇宙の誕生から銀河の形成/膨張し続ける宇宙/収縮し続ける宇宙』
  ビデオ�A『宇宙の大構造』（19分）〔NHKビデオ教材：大宇宙4〕
  『ハッブルのアンドロメダ銀河観測/遠い銀河/星数ほど多い銀河/棒渦巻銀河形成のコンピュータ・シミュレーション/局部銀河群とおとめ座銀河団/宇宙の大構造/泡宇宙/局部銀河群の運動/グレイトアトラクター/銀河分布シミュレーション』
• 配布プリント4枚。出席票。
  【1枚目】
  表1-2、表1-3、図1-4、図1-6…『宇宙からみた自然』（29,33,42,43p）
  図2-3、図4-10…『宇宙・銀河・星』（20,73p）
  図1-4、図1-8、図1-10、図2-10、図6-7…『太陽系と惑星』（4,12,13,38,183p）
  図5.1、図5.10…『地球惑星科学入門』（220,239p）
  （ハッブル定数の決定値表）…『手にとって見る宇宙』（220p）
  【2枚目】
  図3.58…『現代天文学要説』（133p）
  表2-1、図2-4、図3-3、表4-1、表4-2、表4-4、表4-5、図4-6、表5-2、図5-5…『宇宙からみた自然』（55,60,90,98,107,111,114129p）
  図5-40、図6-12…『宇宙・銀河・星』（138,163p）
  （インフレーション宇宙）、（HR図）、（宇宙の運命）…『宇宙論のすべて』（43,59,109p）
  【3枚目と4枚目】
  全部…『スペース・ガイド2001』（139-158p）
• 宇宙の拡大の歴史について説明。
  �@天動説（地球中心説）
  　　アリストテレス（BC〜350）…体系化
  　　プトレマイオス（〜130）…惑星観測と天体運動理論の完成
  �A地動説（太陽中心説）
  　　コペルニクス（1543）
  　　ケプラー（1609）…3つの経験則を発見〔ケプラーの法則〕
  �B星界
  　　ガリレイ（1609）…望遠鏡による観測
  ※肉眼から望遠鏡への観測手段の進展は、「宇宙の大きさ」を飛躍的に拡大した。
  �C静止宇宙
  　　ニュートン（1687）…無限宇宙論
  　　　矛盾１→オルバースのパラドックス「夜空は明るい」⇒膨張宇宙
  　　　矛盾２→なぜ星は天の川に多く群がってみえるか⇒銀河
  �D銀河
  　　ハーシェル（1783）…星の3次元分布（星雲）
  　　カント…島宇宙
  　　ハッブル（1924）…銀河六宇宙像確立（天体の距離測定による）
  ※理論的予言
  　　アインシュタイン（1917）…一般相対性理論
  　　フリードマン（1922）…上記理論を宇宙に適用
  �E膨張宇宙
  　　ハッブル（1929）…「ハッブルの法則」（変光星による距離測定、スペクトル観測でドップラー効果の発見）
  　　　V＝HR　〔ここで、 V：視線方向の光源の速さ（星または銀河の速度）、
  　　　　　　　　　　　　　　H：ハッブル定数、
  　　　　　　　　　　　　　　R：距離（星または銀河までの）〕
  　　　Ｖ＝cの場合、
  　　　RH＝c／H　〔ここで、c：光速、
  　　　　　　　　　　　　　　　 RH：宇宙の地平線（宇宙の半径）〕
  �F進化宇宙
  　　　tH＝RH／c＝１／H　〔ここで、tH：現在の宇宙の年齢〕
  　　　H＝75km/s／310万光年とすれば、tH＝124億年
  　難問１→宇宙の始まりの問題（一般相対性理論の適用外であり、量子重力理論が必要）
  　難問２→一様な物質分布から出発したとして、なぜ現在銀河という非一様な構造が生じているか
  �Gビックバン宇宙
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■アリストテレス／プトレマイオス／コペルニクス／ケプラー／ガリレイ／ニュートン／ハーシェル／カント／ハッブル／アインシュタイン

●第４回（10/24）　【大陸地殻と海洋地殻（福岡）】【補足説明】

• ビデオ『プレート運動の理論』（30分）〔最新地球科学教育ビデオシリーズ　地球を探る　全26巻の第6巻〕
• 配布プリント2枚。出席票。
  【1枚目】
  図5.16、図5.18、図5.19…『地球』（247,250,251p）
  図11.1、図11.7、図11.8…『図説地球科学』（101,104p）
  図2-14、図2-15、図2-19、図2-24…『地球の水圏−海洋と陸水』（28,34,40p）
  【2枚目】
  図6.4、図6.9、図6.13、図6.14…『新しい地球史　46億年の謎』（133,148,163,164p）
  図3.11、図3.14、図4.5、図4.12、図4.13、図4.16…『地球のダイナミックス』（111,119,139,152,154,162p）
• プレートテクトニクス・モデルにより、大陸地殻と海洋地殻の関係を説明。
  �@3種類のプレート境界：
  　（１）離れあう関係（発散）：海嶺〔海洋地殻〕、リフト〔大陸地殻〕
  　（２）ぶつかりあう関係（収束）：沈み込み帯（海溝）〔海洋プレート｜大陸プレート〕、造山帯〔大陸プレート｜大陸プレート〕
  　（３）すれ違う関係：トランスフォーム断層
  �A大陸地殻と海洋地殻：
  　（１）海洋地殻：
  　海嶺で生成し、沈み込み帯でマントルへ沈み込む。
  　　【厚さ】平均5km程度。
  　　【年齢】0〜1.5億年程度。（プレートの移動速度と海洋の広さによるが、太平洋での海嶺と海溝間の距離を1.5万kmならびに移動速度を10cm/年とすれば、1.5億年かかることになる。）
  　　【岩石】玄武岩（げんぶがん）（火成岩の中の火山岩に属する）が代表。マグマはマントル物質から生成。
  　（２）大陸地殻：
  　沈み込み帯の地下で生成。つまり、海洋地殻（＋水）がなければできない。
  　　【厚さ】平均30km程度。
  　　【年齢】0〜30数億年程度。
  　　【岩石】花崗岩（かこうがん）（火成岩の中の深成岩に属する）が代表。マグマは海洋地殻＋堆積物（海洋堆積物＋陸源堆積物）＋既存の大陸地殻から生成。
  ※沈み込んだ海洋プレートはスラブと呼ばれるが、上部マントルと下部マントルの境界付近（深度は約670km）に溜まることが地震波トモグラフィーなどにより推定されている。溜まったスラブが外核表面に落下し、大規模なマントル対流をひき起こすと予想されている。これは、プルームと呼ばれ、落下する側がコールド・プルームで、対流によって上昇する側がホット・プルームであるが、このように地球内部全体の物質循環メカニズムをプルームを中心にして説明しようとするモデルは、プルーム・テクトニクスと呼ばれる。

●第５回（11/1）【地殻をつくる岩石と鉱物（福岡）】【補足説明】

• ビデオ�@『火成岩の性質』（1４分）〔NHKビデオ教材：理科（地学）〕
  ビデオ�A『堆積岩・変成岩の性質』（13分）〔NHKビデオ教材：理科（地学）〕
  ビデオ�B『第12巻　鉱物』（30分）〔EARTH REVEALED（アース　リビールド）《日本語版》　最新地球科学教育ビデオシリーズ　地球を探る　全26巻〕
• 配布プリント2枚。出席票。
  【1枚目】
  図1.1、図1.2、図2.2、表2.1、表2.2、図2.3、表2.6、付表�V…『地球化学』（2,4,31,33,34,60,239p）
  図3-2…『地球システム科学入門』（56p）
  図1-1、表2-1、図2-8…『鉱物の科学』（7,41,44p）
  図1-6…『岩石と地下資源』（7p）
  【2枚目】
  図2-17、図3-3、図3-4、図3-5、図3-6、図3-7、表3-5…『地球システム科学入門』（46,59,60,61,62,63,72p）
  図2.18、表2.7…『地球化学』（61,68p）
  図3-18、図3-19、図3-22…『岩石と地下資源』（116,118,122p）
• 大陸地殻の代表的な岩石である花崗岩（かこうがん）〔火成岩の中の深成岩の１つ〕と海洋地殻の代表的な岩石である玄武岩（げんぶがん）〔火成岩の中の火山岩の１つ〕の回覧。
• 言葉の意味が分らない場合は、インターネットのフリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』からキーワードを入力して検索を行うと簡潔な説明を読むことができます。
• 地殻を構成する岩石と鉱物について説明。
  　地殻（岩石の集合体）⇒岩石（鉱物の集合体）⇒鉱物（無機地球の最小単位）⇒原子／元素
  �@鉱物の定義：
  　次の３条件を満たすもの。ただし、１）以外は例外がある。現在は、国際的な組織〔IMA（国際鉱物学連合）〕で個別的に決定される。
  　（１）天然産である。
  　（２）一定の化学式で表される。
  　（３）結晶質（crystalline）である。〔結晶質とは、原子の配列が3次元的に規則的であるもの。反対の言葉は非晶質（amorphous）。〕
  ※結晶（crystal）とは、外形も規則的なもの。つまり外形も結晶面（平面）からなるため、一般に美しいと感じられる。石英の結晶はとくに有名で、水晶という名称（鉱物名ではない）が与えられている。
  �A鉱物の種類：
  　化学組成（元素の種類と量比）または結晶構造（原子の配列のしかた）が異なれば、別種とされる。上記IMAで決定される。
  　・世界で約4000種。
  　・日本で約1000種。
  ※この中には、世界で一箇所しか産しないもの（あるいは非常に限られるもの）や、肉眼では見えない（同定できない）ものが多数あり、実際には数百種程度が比較的知られた鉱物である。
  ※日本が少ない訳ではなく、他国も同様ないしさらに少ない。
  ※人工的な化合物に比べて非常に少ないのは、天然における生成環境が鉱物の生成条件に対して限られるためである。例えば、重要な条件である温度（T：temperature）と圧力（P：pressure）は、地下深くなるほどどちらも高くなり、ある限られた範囲にしかならない。
  �B鉱物の分類：
  　化学組成または結晶構造に基づくが、一般に化学組成の方が分りやすいので、化学組成に基づいて行われる。さらに、地殻の元素存在度で一番多いのは酸素であるが、これは体積では9割を越え、圧倒的に多い。つまり、地殻は酸素（O^2-）を中心とした骨格をもつと言え、陰イオン（あるいは陰イオン的役割も含む）に注目して分類される。
  　例えば、おもなグループは：
  　（１）元素鉱物（陰イオン／陽イオンの区別がつかないもの：金属結合）…自然金、自然銀、自然銅など
  　（２）硫化鉱物（陰イオンは硫黄（いおう））…黄銅鉱（CuFeS2）、方鉛鉱（PbS）、閃亜鉛鉱（ZnS）など
  　（３）酸化鉱物／水酸化鉱物（陰イオンは酸素）…赤鉄鉱（Fe2O3）、ギブス石（Al(OH)3）など
  　（４）炭酸塩鉱物（陰イオンは、炭素と酸素が強く結合して作るイオン。そのため『塩』という言葉を加える。）…方解石（Ca²⁺[CO3]^2-）など
  　（５）珪酸塩鉱物（陰イオンは、珪素と酸素が強く結合して作るイオン。）…石英（SiO2）〔酸化鉱物とする場合もあるが、珪酸塩鉱物の基本単位として、本グループとする。〕、カンラン石（Mg2²⁺[SiO4]^4-）など
  ※地殻存在度の1位と2位の組合せで作られる〔SiO4〕^4-四面体は、地殻の代表的な構成単位と言える。したがって、珪酸塩鉱物はもっとも量的に多く、とくにその中で長石グループ〔さらに斜長石とカリ長石（例えば正長石など）が約5割を占める（【補足説明】を参照）。石英は約2割であり、その他の珪酸塩鉱物も加えると、95％程度と見積られる。
  ※造岩鉱物とは、普通の岩石を構成する鉱物を総称して言うが、その大部分は珪酸塩鉱物に含まれる。その他、酸化鉱物の一部なども含まれる。
  ※資源鉱物とは、鉱物資源として利用されるものを言うが、量的に重要なものは硫化鉱物に含まれる。銅・鉛・亜鉛などの重金属は、本質的に硫黄と挙動をともにするため、普通の岩石には濃集しない。鉄とアルミニウムは、地殻存在度も大きく（それぞれ、4位と3位）、酸化鉱物（および水酸化鉱物）として濃集する。
  �C岩石の分類：
  　（１）火成岩：マグマが冷えて生成。
  　　　火山岩…地表または地表近くで生成。（急に冷えたため、粒径が小さい。ガラス質となることもある。）
  　　　　　　　　→玄武岩（海洋地殻の代表）など。　
  　　　深成岩…地下深くで生成。（ゆっくり冷えたため、粒径が大きい。直径〜数mm。）
  　　　　　　　　→花崗岩（大陸地殻の代表）など。
  　（２）変成岩：地下で温度と圧力の上昇のため、その環境で安定な鉱物が生成したもの。一部でも構わない。
  　　　　　　　　→圧力の影響が強いと、組織的に片状となり、片岩と呼ばれる。
  　　　　　　　　→温度の影響の方が強いと、粗粒化および均質化し、片麻岩と呼ばれる。
  　　　　　　　　→しかし、最近は、温度・圧力条件に対応した変成相により分類されることが多い。
  　（３）堆積岩：地表で生成。

●第７回（11/14）【地球誕生と進化（福岡）】【補足説明】

• 配布プリント2枚。出席票。
  【1枚目】
  図1.3、図1.4、図1.5、図1.6、図1.8、図2.1、図2.2、図2.5、図2.6、図6.9…『新しい地球史　46億年の謎』（18,24,26,30,40,43,52,54,148p）
  【2枚目】
  図6.1、図6.2、図6.3、図6.4、図6.5、図6.10、図6.13、図6.14…『新しい地球史　46億年の謎』（128,129,131,133,136,150-151,163,164p）
• 新しい地球史について説明。
  〔１〕大気の進化と気温
  �@地球の脱ガス説〔１枚目図2・2〕
  　・連続脱ガス説
  　・初期大規模脱ガス説（衝突脱ガス説）
  �A大気の組成の進化〔１枚目図2・5〕
  　・窒素はほぼ一定。〔→〕
  　・酸素は光合成生物により生産。〔↑〕
  　・アルゴンは放射性Kの放射壊変により生成。〔↑〕
  　・二酸化炭素は海水中および炭酸塩鉱物（CaCO3）として固定（光合成および風化作用）。〔↓〕
  �B地表温度の時間変化〔１枚目図2・6〕
  　・マグマオーシャン後は、ほぼ現在の気温に近い（生物の存在および堆積物などの証拠から）。
  �C暗い太陽のパラドックス〔１枚目図2・1〕
  　・地球誕生当時の太陽光度は現在の７割程度。
  　・他の条件が同じであれば、過去の地表温度は現在よりも低い（氷点下）。
  　・これは上記�Bとは異なる。⇒『暗い太陽のパラドックス』
  　・しかし、上記�Aのように二酸化炭素濃度が高いと、温室効果により気温は上昇しうる。』
  〔２〕地球史６大事件（１枚目図6・9および２枚目図6・10）
  �@地球の誕生−微惑星の集積テクトニクス（46億年前）：
  　　ジャイアント・インパクト→月の形成
  　　マグマの海（マグマオーシャン）
  　　プルームテクトニクス
  �A原始海洋の形成とプレートテクトニクスの始まり（40億年前）：
  　　原始海洋誕生→プレートテクトニクス
  　　花崗岩の形成←海洋プレート
  　　生命誕生
  �B核の安定密度成層の崩壊（27億年前）：
  　　地球磁場誕生
  �C超大陸の形成と全マントル対流の出現（19億年前）：
  　　マントル対流（2層→1層）
  �D硬い外骨格をもたない多細胞生物の出現（8〜6億年前）：
  �E人類の出現（350万年前）：
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。（英文による説明の方が詳しい場合が多いので、そちらもご覧ください。⇒各ページの左側の欄にある『各言語』から『English』を選んでください。）
  ■微惑星／ジャイアント・インパクト説／プレートテクトニクス／超大陸／スノーボールアース／
  ■地球史年表／地球／コア（地球）／地磁気／
  ■生命の起源／生物／多細胞生物／ヒト／

●第１０回（12/5）【地下資源（福岡）】【補足説明】

• 配付プリント2枚。出席票。
  【1枚目】
  �@、�B…『地球システム科学入門』
  �A、�D、�E、�F…『私たちのエネルギー−現在と未来−』
  �C…『エネルギー'98』
  �G、�H…『石油の謎をさぐる−六億年間の自然の恵み−』
  【2枚目】
  �I、�J、�K、�L、�N、�O、�P、�Q…『私たちのエネルギー−現在と未来−』
  �M…『石油はいつなくなるのか−検証・エネルギー問題のすべて』
• 地下資源についておよび石油の枯渇問題について説明。
  �@天然資源の分類：
  ・天然資源は、エネルギー資源・鉱物資源・生物資源の３グループに分けられる。
  ・エネルギー資源の大部分〔化石燃料（石油・石炭・天然ガス）、ウラン〕と鉱物資源のほとんど〔金属鉱物資源・非金属鉱物資源〕）は、地下資源とも呼ばれる。
  ・資源は持続性の面から、非再生（枯渇性）資源あるいは再生（非枯渇性）資源に区別される。
  　地下資源は本質的に非再生資源である。
  ・非再生資源の場合、「どれくらいあるか？」については『埋蔵量』（正確には確認可採埋蔵量）で、「いつまで使えるか？」については『可採年数』で表されることが多い。
  �A可採（耐用）年数（R/P）の定義：
  ・可採年数（耐用年数、R/P）＝ある年の確認可採埋蔵量（Reserve）／ある年の年間生産量（Product）
  �Bエネルギー資源の消費：
  ・世界のエネルギー消費（商業エネルギー）は、石油（4割）、石炭（＜3割）、天然ガス（＞2割）、水力＋ウラン（1割）からなる。太陽エネルギーなどの新エネルギーの割合は、まだ非常に少ない。
  ・非商業エネルギーが実質的に消費される全エネルギーの1〜2割程度あるとすれば、上記の石油の場合、4割×〔10割−（1〜2割）〕＝3.6〜3.2割となる。
  �C石油の埋蔵量：
  ・石油の原始埋蔵量は、地下に存在する石油鉱床の合計を意味する。
  ・究極可採埋蔵量は、累積生産量＋確認可採埋蔵量＋未確認埋蔵量である。問題は『未確認埋蔵量』の推定にある。
  ・原始埋蔵量のうち、回収可能な量が究極可採埋蔵量にあたる。通常の回収率は1/3程度（高次の回収技術によって1/2程度まで可能）なので、究極可採埋蔵量は原始埋蔵量の1/3程度である。
  �D石油のトラップ：
  ・根源岩、貯留岩、帽岩の役割を行う岩石（地層）が必要。
  　過去の生物の遺骸が堆積物とともに大陸周辺部に堆積し（例えば、細粒の泥岩などに多く含まれる）、その埋没による温度・圧力の上昇により有機化学反応が進み、周辺の多孔質の岩石（例えば、砂岩などの地層）へ移動・濃集し、さらに上部への移動が不透水性の岩石によって妨げられた場合、石油は鉱床となることができる。ここで、泥岩は『根源岩』、砂岩は『貯留岩』、不透水性の岩石（例えば、泥岩）は『帽岩』と呼ばれる。
  ・上記の条件がそろい、石油が濃集している場所をトラップという。地質構造からみると、褶曲構造の背斜部などが、その代表的な例である。
  �E石油の枯渇：
  ・残された石油の量を考える場合には、究極可採埋蔵量（つまり、未確認埋蔵量）の見積りが重要であるが、過去の探査結果から将来を予測する方法と、石油が生成するメカニズム（堆積盆およびそこで石油が濃集する確率など）を自然科学的に検討して予測する方法とがある。
  ・石油の究極可採埋蔵量は一般に2.2兆バレル程度とされる。ただし、楽観的見積りと悲観的な見積もりの差は大きい。
  ・ハバートが示すように資源の生産量の推移が『ベル（釣り鐘）型』となると仮定すれば、石油の究極可採埋蔵量が2.2兆バレルのときの生産量のピーク（いわゆる『ピーク・オイル』）は2010年付近になる。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■資源／エネルギー資源／化石燃料／石油／石炭／天然ガス／水力発電／原子力発電／新エネルギー／
  ■石油ピーク／Category:Peak oil／Hubbert peak theory／
  ■油田／ガス田／炭鉱／鉱山／

●第１５回（1/23）【まとめ（福岡）】【補足説明】

• プリント3枚。出席表。
  【1枚目】
  図1・1、図1・2、コラム1、表1・1、表1・2、図2・1、表2・1、図2・2、表2・2、図2・3、図3・1、コラム17…『環境科学要論』（4,5,7,9,11,14,15,16,17,18,20,129p）
  【2枚目】
  図3・2、図3・3、図3・4、表3・1、表3・2、表3・3、表5・1、コラム5、表10・1…『環境科学要論』（20,21,22,23,24,40,40-41,128p）
  【3枚目】
  シラバス
• 試験についての説明（こちら）。
  全体の授業の簡単なまとめ。
  環境問題についての概論（時間切れ）。