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第７回　地殻の構成：　地殻

配付プリント等

• 　地球表面（Earth Surface）の地形（Landform）を高度〔Altitude：および深度（Depth）〕から見ると、最高点はヒマラヤ山脈（Himalaya Range、Himalayas）のチョモランマ山〔Chomolungma、Qomolangma−チベット語（Tibetan）：エベレスト山（Mount Everest）とも呼ばれる。ネパール（Nepali）ではSagarmatha、中国（Chinese）ではZhumulangma〕の約９キロメートルで、最低点はマリアナ海溝（Mariana Trench、Marianas Trench）にある約１１キロメートル深度であるので、地表は約２０キロメートルの凹凸を持つことになるが、それでも地球半径の約６４００キロメートルの０.３％程度に過ぎない。海水（Seawater）が存在する部分は海（Sea）と呼ばれ、そうでない部分は陸（Land）と呼ばれるが、陸（Continents）の平均高度は０.８キロメートル程度、海（Oceans）の平均深度は３.８キロメートル程度であり、全体の平均は深度２.４キロメートル程度である。つまり、もし地表の凹凸が無ければ、この深さになる。また、陸で高度面積が大きいのは０〜１キロメートルの間であり、いわゆる平野（Plain）と呼ばれる部分である。海で深度面積が大きいのは４〜５キロメートルの間であり、いわゆる深海底（海底、Seabed、Seafloor、Sea Floor、Ocean Floor）と呼ばれている。このように地表面の面積分布が２つのピークになっていることは古くから知られてはいたが、そのその理由は判らなかった。しかし、この原因はプレートテクトニクス（Plate Tectonics）によって説明されることになる。つまり、陸と海の地殻（Crust）は、成因（でき方、Genesis）が異なり、それぞれが平均的な高さを持つために２つのピークになっているのである。地球のようなプレートが存在しない他の惑星（Planet）や衛星（Satellite）表面の高度分布は、１つのピークを示すことが現在では知られている。
  　プレートテクトニクスにおいて、プレート（Plate）とは地殻（Crust）およびマントル最上層部（Rigid Uppermost Part of the Mantle）からなる相対的に硬い部分を呼ぶ。そのうち、地殻は大陸地殻（Continental Crust）と海洋地殻（Oceanic Crust）との２つがあることが判っているが、それぞれの特徴を厚さ・年令（生成時代）・岩石（Rock：代表的なもの）の３つにまとめて説明する。
  　海洋地殻は、海洋の海嶺（Ridge）において、地下のマントル物質（Mantle Material）由来のマグマ（Magma）から生成されたもので、地表で水平方向に２つに別れる。厚さは平均５キロメートル程度であり、年令は０〜１.５億年程度である。海嶺で生成された後は、水平方向に移動し、沈み込み帯（Subduction Zone）でマントルへ戻っていく。水平方向の速度は最大で１０センチメートル／年程度であるから、太平洋（Pacific Ocean）においては、１.５億年くらいかかる。現在の海嶺においても生成し続けている。また、地殻を構成する岩石は、マグマから地表付近で生成した火山岩（Volcanic Rock）の１つである玄武岩（げんぶがん、Basalt）が典型的である。構成鉱物（Mineral）の粒子（Grain）は非常に細粒のために肉眼では識別できないし、鉄（Iron）とマグネシウム（Magnesium）成分（Content）が比較的多くて有色鉱物の比率が高いために暗色を示すのが普通である。
  　大陸地殻は、沈み込み帯（Subduction Zone）の地下でさまざまな物質に由来するマグマから生成されたもので、厚さは平均３０キロメートル程度である。一度生成したら、そのまま残る場合が多いために、年令も０〜数１０億年という長い時間にわたる。構成岩石は、地下深部でゆっくりと生成した深成岩（Plutonic Rock）の花崗岩（かこうがん、Granite）が典型的なものである。これは、無色鉱物の比率が高いために明色を示し、鉱物粒子も肉眼で識別できる程大きい。
  　このように、地殻は岩石から構成され、その岩石は鉱物から構成されるが、鉱物を構成するのは原子（Atom）／元素（Element）である。地殻の元素濃度（元素存在度、Crustal Abundance）について説明する前に、宇宙における元素存在度（元素の宇宙存在度）について触れる。
  　宇宙（Universe、Space）および私たちの銀河系（Milky Way、the Galaxy）において、私たちの太陽系（Solar System）は平均的な天体であると考えられている。つまり、私たちの太陽系の元素組成（Elemental Composition：元素の種類と濃度）は宇宙の元素組成と考えても良いということである。私たちの太陽系の元素組成は、まったく異なる２つの方法に拠っている。１つは隕石（Meteorite）とくに炭素質コンドライト（Carbonaceous Chondrite：太陽系誕生時の物質）の化学分析値からで、もう１つは太陽光のスペクトル（Solar Irradiance Spectrum）分析〔波長と強度を測定し、太陽大気によって吸収されたスペクトルを定量することで、そこに存在する元素の種類と濃度を決定する。私たちの太陽系の質量（Mass）の９９.９％程度は恒星（Star）である太陽自身の質量とされている〕によるものである。これらの結果は非常に酷似するが、全体的には原子番号（Atomic Number）の小さい元素ほど多量に存在する。これは、元素の生成メカニズムに関連しており、宇宙がビッグバン（Big Bang）で誕生したときに生成した水素〔Hydrogen：およびヘリウム（Helium）〕から恒星が作られ、恒星内部での核融合（Nuclear Fusion）反応によって鉄までの元素が次々に合成され、超新星爆発（Supernova Explosion）のようなイベント時に鉄よりも重い元素が合成されたと考えられている。具体的には原子数比％で、水素が９３％程度、ヘリウムが６％程度である（質量比では、水素約７４％、ヘリウム約２４％、酸素約１％）。
  　やがて、重たい元素を材料に惑星（Planet）などが形成され、地球（Earth）もその１つとして誕生した。地球の化学組成（Chemical Composition）は太陽とはまったく異なっている。地球の化学組成は、地球の各層〔内核（Inner Core）・外核（Outer Core）・マントル（Mantle）・地殻（Crust）〕の化学組成を想定し、それらの割合から計算によって導き出されている。地球全体の質量（つまり密度）は、まったく別の方法（万有引力の法則などから）によって決定されるため、全体として矛盾の無いような物質を想定する必要がある。地球の化学組成に比べれば、地殻の化学組成は比較的正確に決めることができる。その方法は、地表付近の岩石を実際に分析し、その岩石の存在割合を仮定して、計算によって決めるものである。現在では、大陸地殻と海洋地殻、さらには上部地殻と下部地殻、のように区別して求められている。
  　大陸地殻上部の化学組成の例を示すと、重量（Weight）％で、１番は酸素（Oxygen）約４７％、２番ケイ素（Silicon）約２８％、以下アルミニウム（Aluminium）・鉄（Iron）・カルシウム（Calcium）などである。元素の大きさ〔原子のイオン半径（Ionic Radius）〕を考慮して体積（Volume）％で示すと、酸素約９２％となる。つまり、地殻は酸素のかたまりなのである。
• 『地殻の構成：　地殻』。講義内容は以下について。
  『２　地殻の構成　2.1　地殻』
  �@地殻表面の高度分布：
  �A大陸地殻と海洋地殻：厚さ・年令・岩石
  １）海洋地殻：海嶺において、マントル物質の部分溶融体（マグマ）から生成（海底火山作用）。
  　　厚さは平均5km程度
  　　年令は0〜1.5億年〔海溝（沈み込み帯）付近でマントルへ沈み込むため、古い海洋地殻は地表から消えていく〕
  　　岩石は玄武岩が代表〔火成岩の中の火山岩の一種。また同じ組成の深成岩である斑レイ岩（ガブロ）も多い〕
  ２）大陸地殻：沈み込み帯において、海洋地殻・海洋堆積物（陸源堆積物も含む）・既存の大陸地殻の部分溶融体が地殻深部で固結することにより成長。つまり、海洋地殻が存在しないと、大陸地殻も存在できない。
  　　厚さは平均30km程度〔海洋地殻よりも密度が小さいので、一度生成すると長期間存続しやすい。〕
  　　年令は0〜数10億年〔同上。陸上には30億年を超える岩石も多く見られる。〕
  　　岩石は花崗岩が代表〔火成岩の中の深成岩の一種〕
  �B元素の宇宙存在度：隕石（炭素質コンドライト）、太陽スペクトル
• プリント2枚（番号：６）。出席票。
  【1枚目】
  図6-1、図6-2、図6-3、図11-1、図11-7、図11-8…『図説地球科学』（49,53,101,104p）
  表2.7、図2.21…『地球惑星科学入門』（82,83p）
  【2枚目】
  表2.4、図2.6…『教養の地学　改訂版』（21p）
  表6.1、表7.1、図7.1…『図説地球科学』（50-51,61,62p）

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』ページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 地殻は『地圏について』のページを参照。
• 隕石は『隕石とは』のページを参照。
• 元素存在度は『元素とは』のページを参照。
• 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。
  ■地殻（Crust⇒Crust (geology)）／
  ■Category:元素⇒カテゴリ:元素（Category:Chemical elements）／元素（Chemical element）／元素の番号順一覧⇒元素の一覧（List of elements by atomic number）／Category:周期表（Category:Periodic table）／周期表（Periodic table）／
  ■Category:隕石（Category:Meteorites）／隕石（Meteorite）／コンドライト（Chondrite）／コンドルール（Chondrule）／
  ■Category:太陽（Category:Sun）／太陽（Sun）／太陽放射（Solar radiation⇒Sunlight）／太陽光（Sunlight）／

【地表面の高度分布】

• 〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography: Oceans』から〕 地球の地殻表面の高度分布は２つのピークを示し、これらは大陸地殻と海洋地殻に相当する。一方、金星の表面高度分布は１つのピークしかない。

【３種のプレート境界】

• A cross section illustrating the main types of plate boundaries.（3種のプレート境界） Illustration by Jose F. Vigil from This Dynamic Planet -- a wall map produced jointly by the U.S. Geological Survey, the Smithsonian Institution, and the U.S. Naval Research Laboratory. 〔USGSのIndex of pubs.usgs.gov/gip/の『Earthquakes』の『Where Earthquakes Occur』から〕 3種のプレート境界：�@発散（divergent）、�A収束（convergent）、�Bトランスフォーム〔断層〕。

【プレート断面：大陸プレートと海洋プレート】

• Figure 10h-2: Structure of the Earth's crust and top most layer of the upper mantle.（地殻およびマントルの最上部） The lithosphere consists of the oceanic crust, continental crust, and uppermost mantle. Beneath the lithosphere is the asthenosphere. This layer, which is also part of the upper mantle, extends to a depth of about 200 kilometers. Sedimentary deposits are commonly found at the boundaries between the continental and oceanic crust. 〔Michael Pidwirny氏によるPhysicalGeography.netの『FUNDAMENTALS OF PHYSICAL GEOGRAPHY』の『CHAPTER 10: Introduction to the Lithosphere』の中の『(h). Structure of the Earth』から〕 硬いプレート（地殻＋最上部マントル）〔＝リソスフェア〕は軟らかいマントル〔＝アセノスフェア〕上を水平方向に移動する。

【地殻の厚さ】

• How Thick Is the Earth's Crust?（地殻の厚さ） This contour map of the thickness of the Earth's crust was developed from the CRUST 5.1 model. The contour interval is 10 km; we also include the 45 km contour for greater detail on the continents. 〔USGSによるEarthquake Hazardsの中の『The Earth's Crust』から〕

【宇宙の元素存在度＝太陽系の元素存在度】

• 〔地質調査総合センターの太田充恒氏による『希土類元素って？』の『希土類元素の地球科学』の『第１回 Oddo-Harkins （オド-ハーキンス）の法則』から〕 太陽系の元素組成は太陽光のスペクトル分析（太陽大気の化学組成）と隕石組成（とくに炭素質コンドライトの化学組成）とから求められている。これらの結果は、基本的によく一致する。

参考

【隕石の発見数】

• 表3-1　隕石のフォールとファインドの割合
  		フォール（falls）		ファインド（finds）
  		数	％	数	％
  石質隕石		８９２	９３.７	１０４８	５８.３
  コンドライト		８２２	８６.３	１０２３	５６.９
  エコンドライト		７０	７.４	２５	１.４
  隕鉄		４９	５.１	６８９	３８.３
  石鉄隕石		１１	１.２	６１	３.４
  合計		９５２	１００.０	１７９８	１００.０
  1992年1月1日現在の集計を示す。なおこの表には、南極大陸で大量に発見された隕石（南極隕石）は含まれていない。（F.Heide & F.Wlotzka 『Meteorites』 Springer-Verlag, 1994, p.67 の資料をもとに作成） 小森（1995）による〔『太陽系と惑星』（48pから）〕【見る→】 フォールは落下が目撃されたもので、ファインドは発見されたもの。隕鉄は地球の岩石と異なるため（風化しにくいためもある）ファインドの割合が多くなっている。また、石質隕石ではコンドルールを含むコンドライト（chondrite）が多く、それを含まないエコンドライト（achondraite）は少ない。

【始原的な隕石：炭素質コンドライト】

• Murchison carbonaceous chondrites (23 gram fragment)（マーチソン炭素質コンドライト） 〔New England Meteoritical ServicesによるMeteorlab.comの『Current Lab Photo』の『Allende and Murchison』から〕 炭素質コンドライト（マーチソン隕石）。直径〜数mmのコンドルールが見える。

【コンドライトを特徴づけるコンドルール】

• Chondrules（コンドルール、コンドリュール） 〔New England Meteoritical ServicesによるMeteorlab.comの『Meteoritics』から〕 コンドルール。

【隕石の年代】

• <図2>隕石のできた年齢。 コンドライトとその他の隕石とに分けてあります。『新版地学教育講座　第12巻　太陽系と惑星』（東海大学出版会、1995年）から引用し、加筆、再描画。 内田洋行教育総合研究所の学びの場.com（HP/2011/5）による『科学エッセイ：隕石の分類と太陽系のなりたち』から