地球科学（ジオサイエンス）とは｜基礎定義と大気・海洋・地殻の研究分野

地球科学（ジオサイエンス）とは何かを基礎から解説。大気・海洋・地殻の主要研究分野と手法、地球の進化をわかりやすく紹介。

地球科学とは、地球という惑星に関連する科学の総称です。地球科学は「ジオサイエンス」と呼ばれることもあります。地球を一つの複合系として捉え、大気、海洋、地殻、生物圏などの相互作用や時間的変化を研究します。

天文学の一部である惑星科学の側面を含んでいるため、地質学よりも広い用語となっています。地球科学には、固体の地球だけでなく、大気、海洋、生態系や人間活動が関わる領域も含まれます。通常、地球科学者は、物理学、化学、生物学、年表、数学などのツールを用いて、地球を理解し、地球がどのように進化して現在の状態に至ったかを調べます。

主な研究分野

• 地質学：岩石や堆積物、地層の解析を通して地球の歴史や構造を解明します（例：プレートテクトニクス、堆積学）。
• 地球物理学：地震波、重力、磁場などを用いて地球内部の物理的性質を調べます（例：地震学、マントル対流の研究）。
• 地球化学：元素や同位体の分布・循環を追い、地球システムの物質移動や年代測定を行います。
• 気象学・大気科学：大気の物理・化学過程を研究し、天気予報や気候変動のメカニズムを明らかにします。
• 海洋学：海洋の循環、化学組成、生態系、海洋と大気の相互作用を扱います。
• 氷河学・氷床学：氷河や氷床の挙動を通じて気候史や海面変動を復元します。
• 生物地球化学・生態学的地球科学：生物と地球化学の相互作用を探り、炭素循環や生態系サービスを研究します。
• 応用分野：資源探査（鉱物・石油・地下水）、防災（地震・火山・津波のリスク評価）、環境管理、都市計画など。

方法とツール

• 野外調査（フィールドワーク）によるサンプリングと観察
• 実験室での化学分析や年代測定（同位体分析など）
• 地震観測網やリモートセンシング（衛星観測、航空写真）
• 数値モデルとコンピュータシミュレーション（気候モデル、プレート運動モデル）
• 地理情報システム（GIS）や統計解析を用いた空間・時系列データの処理

時間スケールと空間スケール

地球科学は非常に幅広い時間・空間スケールを扱います。短時間では数分〜数日で変化する天気現象、数十年〜数千年の気候変動、数百万〜数十億年にわたるプレート運動や地球進化の過程まで含まれます。空間的には、局所的な堆積層や断層から地球全体の気候システムまで、多層的に解析されます。

地球科学の社会的役割

地球科学は自然災害の予測と軽減、資源の持続可能な利用、気候変動への対応、環境汚染の評価など、社会的に重要な課題の解決に貢献します。例えば、地震学や火山学の研究は防災計画に直結し、海洋学や大気科学の知見は気候政策の基礎になります。

地球は常に変化している

地球は太古の惑星であり、形成されてからずっと変化し続けています。その変化は短期的な気象現象から長期的な地質学的変動まで多岐にわたり、かつて人々が考えていたよりもはるかに大きなスケールで進行してきました。地球科学は、こうした変化を記述・理解し、将来の予測と人間社会への対応を支える重要な学問分野です。

研究分野

以下の分野は、一般的に地球科学の分野として認識されています。

• 地質学は、地球の地殻（または岩石圏）の岩石部分とその歴史的発展について説明する学問です。鉱物学、岩石学、地球化学、地形学、古生物学、層序学、構造地質学、工学地質学、堆積学などが主な学問分野です。
• 地球物理学と測地学では、地球の形状、力に対する反応、磁場や重力場などを調査します。地球物理学者は、地球のコアとマントル、およびリソスフィアの地殻変動や地震活動を調査します。
• 土壌科学は、土壌形成プロセスの対象となる地殻の一番外側の層（またはpedosphere）を対象としています。
• 海洋学と水文学（石灰学を含む）は、地球上の水の部分（または水圏）の海洋と淡水の領域を記述する。海洋生物学を含む。
• 雪氷学は、地球上の氷の部分（雪氷圏）を対象としています。
• 大気科学は、地球の表面から外気圏（約1000km）までのガス状の部分（または大気）を対象としています。主な学問分野は、気象学、気候学、大気化学、物理学です。
• 天文学とは、遠くの星や銀河の研究から、46億年前の地球を天文学的な視点から考察することまでを含む。また、太陽系や惑星の研究とも密接な関係があり、プラネトロジーと呼ばれる分野である。天文学のより遠い親戚として、宇宙全体の研究を目的とした物理宇宙論があります。
• 地球科学と密接な関係にあるのが、物理地理学と生物学です。

ノルウェーのホベドヤ島の南端に露出している、海洋侵食の一例であるオルドビス紀-シルル紀の境界線。カレドニアン山脈の褶曲により、層が反転し、オルドビス紀の粒状石灰岩が後のシルル紀の茶色い泥岩の上に乗っている。

質問と回答

Q: 地球科学とは何ですか?

Q: 地球科学は地球科学と同じですか?

Q: 地球科学は地質学よりどのように広いのですか?

Q: 地球科学はどのような分野を研究しているのですか?

Q: 地球科学者は地球を理解するためにどんな道具を使っていますか?

Q: すべての地球科学を特徴づける根本的な事実は何ですか?

Q: 地球は誕生以来、どのくらい変化してきたのでしょうか?

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