地学
高等学校地学のページです。
以下の項目は啓林館地学の配列に従っています。
地質学は、私達が住んでいる大地とそこで見たり感じたりしている現象を説明しようとする科学の一分野です。地球の内部を見たり触ったりするのは困難ですが、２０世紀になって、科学者達は重力、地震波、熱、地磁気などを手がかりに、地球について急速に理解し始めました。一方、日本のように地質活動が盛んな地域では、地震や火山が多く、歴史の中で大きな災害を引き起こしてきました。このような「活動する地球」の仕組みや、私達の足元の地面はどうなっているのかを説明する科学的な枠組みが、「プレートテクトニクス」です。プレートテクトニクスは、２０世紀後半に発表された理論です。その発展は、人々の自然に対する考え方や理解の仕方を大きく変える「科学革命」の代表例といえるでしょう。
ここでは、大地そのものである固体地球を人類がどのように観察・観測し、現在のような理解・認識に達したかについてお話しします。自然に対する人々の考え方が時代とともにどのように変化してきたかを見れば、科学がいかに進歩してきたかを理解出来ます。現在の理解の枠組みであるプレートテクトニクスは、地球が行う様々な活動を理解するのに役立ちます。
地球の表面では岩石を採取して調べられますが、地面から直接採取出来る最深部は地表から約１２キロメートルしかありません。そのため、直径約６４００キロメートルの地球の内部を知ろうとすると、別の方法を用いなければなりません。代表的な方法としては、重力、地震波、地殻熱流量、地磁気などを利用します。
地球が誕生してから、約４６億年が経ちました。この間、地球の内側も外側も大きな変化を遂げてきました。マグマの海を経て、液体の水がある海が現れ、原始生命が誕生して、プレートが動き始め、様々な生命が現れました。地表の層は安定していないため、少なくとも２回、地表が全て凍結しました。それでも、小さな単純な生物から、大きな複雑な生物が生まれ、そして人間という知的生命体が誕生しました。このように、地球は太陽系だけでなく、銀河系の中でも非常に珍しい惑星です。
人類と地球の未来を考え、行動する前に、過去に何があったのか、今どうなっているのかを知る必要があります。４６億年の地球の歴史を、科学者達はどのように解明してきたでしょうか。岩石や地層に残された様々な地球史の記録を読み解く方法を学びましょう。日本列島はユーラシア大陸の最東端に位置します。その地殻は、大陸の地殻がどのように成長し、プレートがどのように移動してきたかを示しています。私達の住む日本列島の歴史も学んでみましょう。
地球上の水は、大気、海洋、陸の間を循環しています。その際、水は地表を削って土砂を拾い上げ、下流に運んで積み上げます。土砂は積み重なり、堆積した場所の環境を示す層となります。そして、時間が経つと、この層が固まって堆積岩になります。
地層がどのように積み重なっているか、どの程度離れているかを調べて、地層の様子を調べれば、地球の歴史を理解出来ます。
地球の周りには大気があります。大気は地表を暖かく保ち、有害な紫外線から地表の生物圏を守っています。地表の約７０％を占める海は、多くの熱を蓄え、気温の変化が極端にならないようにしています。気温、風、雨量などの大気中の条件は、空間的・時間的に大きく変化します。これは、低緯度と高緯度、地表付近と上空、季節によって違いがあるためです。海水の流れは、大気の流れに似ていますが、ゆっくりした流れになっています。大気と海洋はつながっており、様々な影響を与え合っています。
太陽の放射と月の万有引力は、大気と海洋を宇宙と結びつけています。地形と火山活動は、大気と海洋を固体の地球に結びつけています。地球の長い歴史の中で、これらの条件は変化してきましたが、その変化の中には、宇宙や固体の地球が原因となっているものもあるのではないでしょうか。季節や天候が変化するのは、大気や海洋の動きによるものです。そんな大気や海について、もっと調べてみましょう。
高度１００ｋｍまで、地球大気の組成はほとんど同じです。しかし、その質量の９０％は、高さ１６ｋｍまでの部分にあります。これは地球の\tfrac{1}{400}の大きさに過ぎません。対流圏では、水は気体から液体、そして固体に変化します。その際、水は大量のエネルギーを取り込み、放出します。また、水蒸気が赤外線を放出したり吸収したりするため、地表は暖かく保たれます。成層圏では、地球上の生物にとって有害な紫外線を取り込むオゾン層があります。
気候とは、ある地域の大気の状態を長い期間にわたって総合的に表した言葉です。地球上の気候がいつも変化している事実は、みなさんご存知の通りです。近年、人類による大気中の二酸化炭素の増加やフロンガスによるオゾン層の破壊が、気候変動を引き起こす可能性が指摘されています。その理由は、気候変動は、大気や海洋が異なる規模でどのように動き、物質がそれとともにどのように動くかに関係しているからです。
紀元前１０００年頃、人々が農耕を始め、暦や時間を必要とするようになった頃、人々は空を見上げ、星を見るようになりました。つまり、最も古い分野の一つである天文学は、最も進んだ分野の一つでもあり、現在でも未知の分野が増え続けています。技術の進歩により、１００億光年以上離れた宇宙の天体を見られるようになりました。太陽系の天体を調べるために送り出された探査機の中には、太陽風の範囲から外れて、星と星の間の空間にいる探査機もあります。
一方、宇宙は私達が知的好奇心で興味を持つだけの対象ではありません。宇宙の進化の過程で、星々は私達の住む地球を作り、地球上の生命を構成する炭素や酸素などの元素を作り出しました。太陽のもとで生命は進化して、人類が誕生しました。つまり、私達は星の子です。人は非常に高度な文明社会を築いてきました。私達人間は宇宙の中で生活している事実を忘れず、宇宙の姿や時間的な変化を学んでいきましょう。
約４６億年前、太陽系の全ての天体はほぼ同時に誕生しました。太陽系の真ん中にある太陽は、たった1つの恒星です。太陽は太陽系全体の質量の９９％以上を占めており、太陽系の天体の動きを支配しています。Chapter１では、太陽系の天体がどのような姿をしていて、どのように動いているのかを学びます。
新興出版社啓林館『地学改訂版』（２０２０年）