宇宙ニュース大辞典　

大きさ、質量、密度

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地球は赤道半径が6,378.137km、極半径が6,356.752kmで回転楕円体に近い形である。極半径よりも赤道半径のほうが21.385km大きい。地球の形状を考えるとき、平均的な海水面を大陸にも延長した仮想的な形状ジオイドを想定する。ジオイドは回転楕円体に近いとはいえ、地球内部の物質の分布が均一でないため、ずれが生じる。測地学では、回転楕円体とジオイドの違いをジオイドの高さと表現する。さらに、ジオイドにもっとも近い形状の回転楕円体を地球楕円体、特定の地域のジオイドに近い回転楕円体を最適楕円体と呼び、区別する。最初に計算された地球楕円体はジョージ・エベレストによるインド地方の子午線測定によるもので、1830年に公表された。この地球楕円体構造によりエベレスト山頂（北緯28°標高8848m）よりも南米のチンボラソ山頂（南緯01°標高6267m）が地球の中心点からの距離が最も長い。（アフリカ大陸赤道直下のキリマンジャロは南緯03°標高5895m）

地球の質量は5.974×1024kgである。大きさと質量から平均密度が求まり、5,515kg/m3（5.515g/cm3）である。これは水の5.5倍、花崗岩の2倍、鉄の0.7倍程度に相当する。地球は太陽系で最も密度の高い惑星である。逆に、一番密度が低いのは土星である。水星や金星の密度は地球に近い。

地球を構成する物質の種類と分布を探るには、地球内部での圧力上昇によって圧縮される程度を考慮して、1気圧下の密度に直す必要がある。このような補正を加えると地球の平均密度は約4,100kg/m3になる。地球以外の惑星の内部構造は観測データがないのでモデルに依存するが、モデルによる補正平均密度の違いはそれほど大きくない。推定された補正平均密度は、水星は約5,400kg/m3、金星は地球とほぼ同じで約4,000kg/m3、火星は約3,800kg/m3である。これら補正された平均密度の違いは金属の含有量の違いを反映している。金属量は太陽から離れるにしたがって減少するように見えるが、その理由はわかっていない。

構造 地球内部の構造は地表面での観測で得るしかない。その中で最も優れた方法は地震波の分析である。 地震波解析によると、地球は外側から、岩石質の地殻、岩石質の粘弾性体であるマントル、金属質流体の外核、金属質固体の内核という大構造に分けられる。岩石質とはいっても、地殻とマントルでは化学組成が違う。外核と内核も金属質とはいうが、化学組成が異なる。 上部マントルには、地表面からの深さ100km付近に、地震波が低速になる層（低速度層、アセノスフェア）がある。この層は部分的に溶融していると考えられ、上部の相対的に冷たく硬い層とは物理的に区別される。アセノスフェアの上にあり、上部マントルの一部と地殻とから成るこの層を岩石圏（リソスフェア）という。岩石圏は10数枚のプレートと呼ばれる板に分かれている。

地球の構造 1:内核、2:外核、3:下部マントル、4:上部マントル、5:地殻、6:地表

プレートには2種類ある。大陸を含む大陸プレートと、海洋地域のみを含む海洋プレートである。海洋プレートは中央海嶺で生産され、マントル対流に運ばれて中央海嶺から離れる。その間にも中央海嶺では次々にプレートが生産されるので、海洋底が拡大する。大陸プレートは海洋プレートより相対的に軽いため、海洋プレートが大陸プレートとぶつかるとその境界でマントル中に沈み込み、日本海溝のような沈み込み帯を造る。海洋プレートには海溝を伴うものと伴わないものとがあるが、これは海洋底拡大の期間の違いによると考えられる。海溝があるものは、海洋底拡大が始まってから年月が経っている。前記のように、プレートはマントル対流によって運ばれる。海溝を伴う海洋プレートはそうでないものより拡大速度が速い。これは、マントル対流の他に、沈み込んだプレートに引っ張られる効果が加わるためとされている。

海洋底の年代は、放射性元素による年代測定によると2億年以内である。これは海洋プレートがこの程度の期間を経た後、地球内部に潜り込んでしまうためである。これに対して、大陸プレートは大部分が現代から30億年前までの間に形成されており、地球の歴史を通じて形成・成長してきたものと考えられている。特に古いものは安定陸塊とも呼ばれ、最も古い部分は約44億年前に形成された。

核

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中心核とも言う。外核と内核に分かれ、液体の外核の半径は3,480km、固体の内核の半径は1,220kmである。外核は鉄とニッケルが主成分であると推定されているが、水素や炭素などの軽元素を10%以上含んでいるとしなければ、地震波速度と密度の説明ができない。内核は、地球内部の冷却に伴い、外核の鉄とニッケルが析出・沈降してできたとされており、現在でも成長が続いていると考えられている。地球中心部の圧力は約400万気圧と推定されているが、温度はよくわかっていない。これは物質組成とエネルギー輸送過程に依存するためであり、5,000K〜8,000Kであろうと推定されているにすぎない。

対流や地球自転などに起因する外核の金属流体の動きにより、電流が生じ、この電流により磁場が生じると考えられている。これが地球磁場である。このように地球の力学的な運動と結びついた磁場発生・維持機構を、ダイナモ機構という。

マントル

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マントルは深さ約2,900kmまで存在し、地球の体積の83%、質量の67%を占めている。マントル全体の化学組成は、必ずしもわかっているわけではない。上部マントルは、カンラン岩または仮想的な岩石であるパイロライトから成るとする考えが主流であるが、下部マントルについては輝石に近い組成であるとする説もあり、定まっていない。マントル対流の様相も含め、マントルは化学的にも力学的にも探究の余地が大きい領域である。

地殻との境には地震波速度が不連続に変化する層があり、モホロビチッチ不連続面（モホ面）という。

地殻

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地殻は大陸地殻と海洋地殻に分類される。

大陸地殻は、玄武岩質らしい下部地殻と、花崗岩質の上部地殻から成る。厚さ（モホ面までの深さ）は、地域による差が大きく、おおよそ30〜60kmである。平均密度は2,650kg/m3である。

海洋地殻は玄武岩質で、厚さは大部分が6〜7kmである。平均密度は2,950kg/m3である。

地殻表面の構造は、プレート運動による造山運動や火山活動、大気と水による風化や浸食、堆積などによって決まる。

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