地球深部の組成と構造

地球は、金属質の核、ケイ酸塩質のマントル、薄い地殻に分化しており、この層状構造は、地震波のプロファイルと、深部における鉱物の挙動に関する物理学を組み合わせることで推測されています。

Definition

地球深部の組成と構造とは、地震波速度と密度モデル、鉱物物理学、地球化学を組み合わせて推測される、地球内部の化学的構成と層状の物理的組織、すなわち鉄に富む核、ケイ酸塩質のマントル、地殻を指します。

Scope

このトピックでは、地球深部の化学組成と物理的構造、すなわち主要な層とその境界、液体部と固体部からなる鉄を主成分とする核、相転移による区分を持つケイ酸塩質のマントル、そして地震学的に特徴的な最下部マントルについて扱います。密度と速度の参照地球モデル、速度と密度および組成を結びつけるアダムス・ウィリアムソン関係とバーチの法則、そしてバルク組成に対する地球化学的および宇宙化学的制約についても論じます。重点は、地球深部が何で構成され、どのように配置されているかという点に置かれています。

Core questions

• 地球の主要な層とその境界は何ですか？
• 核は何でできており、なぜその一部は固体で、一部は液体なのですか？
• 相転移はどのようにマントルを細分化していますか？
• 地震波速度と密度は、組成を推測するためにどのように使用されますか？

Key concepts

• 地殻、マントル、核の分化
• 液体の外核と固体の内核
• マントル遷移帯と相変化
• 密度と速度の参照地球モデル
• バーチの法則とアダムス・ウィリアムソン関係

Key theories

参照地球モデル

PREMのような球対称平均モデルは、地震波速度、密度、減衰を深さの関数としてまとめ、主要な層を定義し、地球深部の構造を解釈するための定量的基礎として機能します。

バーチの法則と組成

一定の平均原子量における地震波速度と密度の間のバーチの経験的関係は、地震学によって測定された弾性特性を、深部内部の組成と状態に関する制約へと変換することを可能にします。

Mechanisms

地球はその歴史の初期に分化し、密度の高い鉄が沈降して核を形成する一方、より軽いケイ酸塩が上昇してマントルと地殻を形成しました。地震波速度と密度の急激な変化は、これらの層間の境界とマントル内の圧力誘起相転移を示しており、これらを候補となる鉱物や金属の弾性特性と、バーチの法則や隕石の組成に導かれながら照合することで、各層の推定組成が決定されます。

Clinical relevance

内部の組成と構造に関する知識は、マントル対流、地球ダイナモ、地球の熱的・化学的進化のモデルの基礎となり、地震の位置特定や地震トモグラフィーの解釈のための参照枠組みを提供します。

History

20世紀初頭の地震学によって核とマントルが明らかにされ、1936年にはレーマンが内核を発見しました。ブレンは内部をラベル付けされた層に細分化し、バーチは1952年に速度と組成の関係を明らかにしました。そして1981年のPREM（Preliminary Reference Earth Model）は、これらを統合して現在も使用されている標準的な放射状モデルを構築しました。

Key figures

• Inge Lehmann
• Francis Birch
• Adam Dziewonski
• Keith Bullen

Seminal works

• dziewonski1981
• birch1952
• stacey2008

Frequently asked questions

地球の主要な層は何ですか？

外側から内側へ、地球は薄い岩石質の地殻、体積の大部分を占める厚いケイ酸塩質のマントル、液体の鉄に富む外核、そして固体の内核から構成されています。これらはその組成と、地震波がそれらの境界を通過する際に速度がどのように変化するかによって区別されます。

なぜ外核は液体で、内核は固体なのですか？

どちらも主に鉄でできていますが、深さとともに温度は上昇するものの、圧力はそれよりも速く上昇します。十分に深い場所では、非常に高い圧力が鉄の融点を局所的な温度よりも高くするため、内核は固体であり、それよりもやや浅く、融点に比べて温度が低い外核は液体のままです。