固体地球：層とプレート
地球は層になっています。それは地震の波が地球の中を伝わるようすからわかりました。地殻は薄く、厚さは約5〜70 kmです。マントルは厚く、約2,900 kmあり、熱い固体の岩石でゆっくり流れます。外核は液体の鉄とニッケルです。内核は、圧力がとても大きいので固体です。
プレートテクトニクス
地殻とマントルの上部をあわせてリソスフェア(岩石圏)といい、いくつものプレートに割れています。プレートは、マントルの中の熱の流れに押されて、1年に数センチメートルずつ動きます。収束境界ではプレートがぶつかります(山、火山、深い海溝ができます)。発散境界ではプレートが離れます(中央海嶺のように新しい地殻ができます)。トランスフォーム境界ではプレートがすれ違います(地震が起こります)。
岩石
火成岩は、マグマが冷えてできます。堆積岩は、積もった土砂が押し固められてできます。変成岩は、熱と圧力で古い岩石が変わってできます。
大気：4つの層
大気は重力によって地球にとどまっています。地上から上へ順に見ていきましょう。
- 対流圏(0〜約12 km)：天気はここで起こります。高さとともに気温は下がります。
- 成層圏(約50 kmまで)：有害な紫外線を吸収するオゾン層があり、そのため気温は上がります。
- 中間圏(約85 kmまで)：気温はまた下がります。流星はここで燃えつきます。
- 熱圏(その上)：とてもうすいので、少ない粒子がとても高温になれます。オーロラや人工衛星はここにあります。
温室効果
二酸化炭素や水蒸気などの気体は熱をためこみます。このおかげで地球は生き物が住める暖かさに保たれます。気体がふえすぎると、もっと暖まってしまいます。
海と空気：動く熱
太陽は、極よりも赤道をより強く温めます。暖かい空気は上がり、冷たい空気は下がるので、空気は対流の輪をつくって動きます。地球は自転しているため、動く空気や水は曲がります(コリオリの力)。これが風の向きや、海の表面を流れる海流のパターンを決めます。
なぜ海は大切なのか
水は多くの熱をためこみ、ゆっくり放出するので、海は気候をおだやかにします。海流は暖かい水を寒い場所へ運びます。エルニーニョの年には、太平洋の風が弱まり、暖かい水が東へ広がって、多くの国の雨のようすが変わります。
宇宙：公転・傾き・季節
地球は約365日で太陽のまわりを1周(公転)し、約24時間で1回転(自転)します。地球の軸は約23.5度傾いていて、宇宙の中で同じ方向を向き続けます。
なぜ季節ができるのか
北の端が太陽のほうへ傾くと、北半球には日光がより垂直に当たり、昼も長くなります。これが夏です。半年後には北が太陽から遠ざかる向きになり、冬になります。南半球はその反対の季節です。距離のせいではありません。
もっと大きな視点
太陽は恒星です。天の川銀河にある数千億個の恒星の1つです。恒星は、水素を融合させてヘリウムにすることで光っています。
やってみよう：懐中電灯で季節の実験
暗い部屋で、懐中電灯を持ち、地球儀かボールを照らします。ボールを少し傾け、傾きの向きを変えずに懐中電灯のまわりを歩いてみましょう。ある位置では上半分に光がまっすぐ当たり、反対側の位置では下半分にまっすぐ当たるのがわかります。3Dでは、スライダーで月を動かしてみてください。
重要な公式と用語
- 地球の軸の傾き：約23.5度
- 公転の時間：約365.25日、自転の時間：約24時間
- 対流圏：約0〜12 km、成層圏：約50 kmまで、中間圏：約85 kmまで
- プレートの速さ：1年に数cm
例題
1. あるプレートが1年に4 cm動きます。2500万年では何km動きますか。
4 cm x 25,000,000 = 100,000,000 cm = 1,000 km です。
2. 成層圏は、下より上のほうが暖かいのはなぜですか。
成層圏のオゾン層が紫外線を吸収して熱に変えるからです。それは主に上のほうで起こります。
3. 北半球が冬のとき、南半球が夏なのはなぜですか。
地球の軸が傾いているからです。北が太陽から遠ざかる向きのとき、南は太陽のほうへ傾くので、南には日光がより垂直に当たります。
よくある間違い
- 季節は、地球が太陽に近いか遠いかで決まると考えてしまう。季節は傾きでできます。
- マントルは液体だと思ってしまう。マントルは、とてもゆっくり流れる固体の岩石です。液体なのは外核だけです。
- プレートは地殻だけだと言ってしまう。プレートは地殻とマントルの上部(リソスフェア)です。
- 天気はどの層でも起こると思ってしまう。天気は対流圏で起こります。