地球内部の構造：地殻・マントル・外核・内核をわかりやすく解説

地球内部を地殻・マントル・外核・内核ごとに図解と地震波でわかりやすく解説する入門ガイド。

地球の構造は層に分かれています。これらの層は物理的にも化学的にも異なっており、それぞれ役割や性質が違います。地球には地殻と呼ばれる外側の固体層、マントルと呼ばれる粘性（流動性のある）層、外核と呼ばれるコアの外側にある液体層、内核と呼ばれる固体の中心部があります。地球の形は、極地ではわずかに平らになり、赤道では膨らんでいることから、楕円球体と呼ばれています。地球の半径は約6,371 kmで、内部は深さに応じて温度・圧力・組成が大きく変化します。

地震波でわかる内部構造

これらの層の存在や境界は、主に地震観測によって明らかになりました。地震学者は地震計で観測される波の伝わり方（速度、屈折、反射、S波が通らないなど）を解析して内部の境界を検出します。特に、地殻とマントルの境界はモーホー（モホロビチッチ不連続面）と呼ばれ、地震波の速度が急激に変化することで見つかりました。また、S波がある深さで伝わらなくなることから、外核が液体であることが判断されます。

地殻（Crust）

1. 地殻は地球の最外層です。それは固体の岩石でできています。地殻は大きく大陸地殻と海洋地殻に分かれ、厚さは海洋地殻で約5～10 km、大陸地殻で平均約30～50 km（場所によっては70 kmを超える）です。組成的には、地殻は比較的軽い元素、ケイ素、酸素、アルミニウムでできているため、化学的にサイアル（ケイ素＝Si、アルミニウム＝Al）と呼ばれることがあります。地殻は岩石圏プレートの上側を形成し、プレート運動の舞台になります。

マントル（Mantle）

マントルは地殻のすぐ下にあり、地球半径のかなりの部分（およそ深さ35 kmから約2,890 kmまで）を占めます。マントルの大部分は酸素、ケイ素、マグネシウムなどの元素でできており、密度は地殻より高いです。マントルは化学組成からマフィック（別名「シーマ」：Si＋ma）と呼ばれることもあります。マントル内でも鉱物相や物理的性質が変化し、いくつかの層に分かれます。

1. マントルの最上部は固体で、地殻の基部とともにペリドタイトでできています。この固い一体は地殻を含めて岩石圏（リソスフェア）を成し、プレートとして動きます。岩石圏は、その下にある半流動的なアセノスフェア（弱い部分）の上に浮かんでいます。アセノスフェアの部分は高温・高圧のため部分的に軟らかく流動し、これがプレート運動やマントル対流と関係します。
2. 大気：マグマ　（注：元の文にある「大気」という表記はここでは適切ではありません。ここで述べたいのはマントル内部での部分的な融解—すなわちマグマが生成される領域が存在する、ということです。）
3. 上部マントルには410 km付近と660 km付近に鉱物の相変化による境界があり、これが「遷移層（transition zone）」を作ります。これらの深さで鉱物の結晶構造が変わり、地震波速度が変化します。
4. 下部マントルは660 kmから約2,890 kmの深さまで続き、ここは高温高圧下で安定な鉱物から構成されます。下部マントルは比較的粘性が高く、巨大な対流セルを形成して地熱や物質輸送に関与します。

コア（核）— 外核と内核

1. 地球のコアは鉄とニッケルの合金が主成分で、非常に高温・高圧の領域です。地球中心付近の温度は数千℃（概ね約4,000～7,000℃の範囲と推定）に達しますが、圧力も極めて高いため内核は固体で、外核は液体です。

1. アウターコア（外核）とは、マントルの下にある液体の金属層で、深さ約2,890 kmから約5,150 kmの範囲にあります。液体の鉄・ニッケルの対流によって地球の主な磁場（地球磁場）が生成されると考えられています。外核は液体であるため、S波はここを通りません（S波は液体を伝播しない）。
2. インナーコア（内核）は地球の中心そのもので、深さ約5,150 kmより内側、中心まで（半径約1,220 km）に達します。内核は高温でありながらも極めて高圧のため固体の鉄合金として存在しています。内核と外核の境界を通る地震波の性質の違いから、この構造が推定されています。

鉱物相変化と状態の違い

深さとともに温度・圧力が増すため、同じ化学組成の物質でも鉱物の結晶構造が変わります（相変化）。これにより、地震波速度が変化して不連続面が現れます。たとえば、上部マントルのある深さでオリビンが別の高圧相に変わることが、410 kmや660 km付近の境界として観測されます。また、マントル内部の一部が部分的に溶けることでマグマが生成され、火山活動や地殻変動に関係します。高温高圧での混合により、液体と結晶が混在する領域もあります。

地球内部がもたらす現象

• プレートテクトニクス：岩石圏プレートの運動は地震、火山、山脈の形成などを引き起こします。マントル対流がプレートを駆動すると考えられています。
• 地球磁場：外核の液体金属の対流と地球の自転により磁場が生成され、宇宙線や太陽風から地表を守ります。
• 地熱：地球内部から放出される熱は、地熱発電や熱流動の原因となります。

まとめと重要ポイント

地球は層状構造を持ち、地殻・マントル・外核・内核という区分で理解されます。これらは化学組成・物理的状態（固体・液体）・温度や圧力の違いに基づいています。地震波の解析が内部構造の主要な手がかりであり、モホロビチッチ不連続面や遷移層、外核と内核の境界などが同定されています。マントルの対流や外核の液体金属対流は地表で観測される多くの地質現象（プレート運動、火山、地球磁場など）と深く関係しています。

この分野は観測データと実験（高温高圧実験や数値シミュレーション）を組み合わせて理解が進められており、詳細な成り立ちや組成については現在も研究が続いています。さらに詳しく知りたい場合は、地震波解析、実験岩石学、地球物理学の入門書や最新の総説を参照してください。

質問と回答

Q:地球の層は何層ですか?

Q: 地球の形はどのように表現されるのですか?

Q: 地殻とマントルの間に何があることがわかったのですか?

Q: 地殻の大部分を構成する元素は何ですか?

Q: 地球のマントルの大部分は何からできているのですか?

Q:マントルの最上部はどのような岩石でできているのですか?

文字で検索