地学③：固体地球としての地球の概観③
～熱・地磁気から探る地球の内側～

この記事で探究すること

地球の中心部は、太陽の表面と同じくらい、約6000℃もの灼熱の世界だと言われている。この莫大な熱は、どこからやってきて、どうやって地表に伝わってくるんだろう？ そして、地球が、まるで巨大な磁石のように「地磁気」を持っているのはなぜ？ この単元では、地球内部の「熱」と「磁気」という、目に見えないエネルギーの流れを探究するよ。

1. 地球内部の熱源と温度分布

地球内部の熱には、大きく分けて２つの源がある。

• 地球形成時の熱：微惑星の衝突や、中心核が形成される際に解放された、地球誕生以来の「余熱」。
• 放射性元素の崩壊熱：地殻やマントルに含まれる、ウランやトリウム、カリウム40といった放射性同位体が、放射性崩壊する際に、常に生み出し続けている熱。

地球内部の温度は、深くなるほど高くなる。この温度勾配によって、熱は中心から地表へと伝わっていく。マントルでは、熱された物質が上昇し、冷えた物質が下降する「対流」によって、ゆっくりと熱が運ばれている。一方、固い地殻の中は、主に「伝導」によって熱が伝わる。

2. 地殻熱流量

地球の内部から、地表に向かって流れ出してくる熱の量を、単位面積・単位時間あたりで表したものが「地殻熱流量」だ。この値が大きい場所は、地下に熱源（マグマだまりなど）があったり、地殻が薄かったりすることを示す。

コレクトの論理 de 解説：地殻熱流量の分布

地殻熱流量の分布は、プレートテクトニクスと密接に関連しています。

• 大きい場所：新しいプレートが生まれ、高温のマントル物質が上昇してきている海嶺や、マグマ活動が活発な火山帯、沈み込み帯の島弧側で、大きな値を示します。
• 小さい場所：冷たく古いプレートが沈み込んでいる海溝や、地殻変動が少なく安定した、古い大陸（安定陸塊）で、小さな値を示します。

海洋全体の平均値と、大陸全体の平均値は、ほぼ等しくなっています。これは、海洋地殻は薄いが活動的で、大陸地殻は厚いが安定的であるという、熱的なバランスを示唆しています。

3. 地磁気とその３要素

地球が、それ自体巨大な磁石のように振る舞うことで生じる磁場を「地磁気」という。地磁気の成因は、液体の金属（鉄・ニッケル）でできた外核の対流運動（ダイナモ理論）だと考えられている。

ある地点での地磁気の向きと強さは、以下の３つの要素で表される。

• 偏角：方位磁針が指す磁北と、真の北（地理上の北極）との間の角度。
• 伏角：方位磁針を水平面内で自由に回転できるようにした場合に、N極が水平面からどれだけ傾くかの角度。赤道付近でほぼ0°、北磁極で+90°となる。
• 全磁力：地磁気の強さそのもの。

4. 地磁気の永年変化と残留磁気

地磁気は、決して不変ではない。数十年～数百年という時間スケールで、その強さや向きはゆっくりと変化している（永年変化）。

さらに、数万年～数百万年という、より長い時間スケールでは、N極とS極が逆転する「地磁気逆転」が、過去に何度も起きていたことがわかっている。この驚くべき事実は、岩石に残された、過去の地磁気の記録「残留磁気」の分析によって明らかになった。

【参考】玄武洞とチバニアン

豆知識ですが、地磁気の逆転が発見されたきっかけは、兵庫県の玄武洞の玄武岩でした。ここの岩石が、現在とは逆向きに磁化していることが、世界で初めて発見されたのです。

また、最近、地質年代の一つである「チバニアン」（約77.4万年前～12.9万年前）が、国際的に認定されました。これは、千葉県市原市の地層に、地球最後の地磁気逆転の痕跡が、世界で最も良好な状態で記録されていたことが、決定的な証拠となりました。日本の地層が、地球史の国際的な「ものさし」として認められた、画期的な出来事です。

受験対策まとめ

熱と地磁気は、プレートテクトニクスと密接に関連する重要テーマだ！

1. 地殻熱流量が「大きい場所」と「小さい場所」を、プレートテクトニクスの観点から説明できるようにする。
   「海嶺＝大」「海溝＝小」という対比は基本！
2. 地磁気の成因が「液体の外核の対流（ダイナモ理論）」であることを覚える。
   S波が伝わらないことと、地磁気の存在は、ともに外核が液体金属であることを示す、強力な証拠だ。
3. 偏角・伏角・全磁力の「地磁気の３要素」を区別する。
4. 「地磁気逆転」と、その証拠となる「残留磁気」というキーワードを覚える。
   チバニアンの認定と関連づけて理解しておこう。

練習問題

問１：海嶺や火山帯のように、地殻熱流量が大きい場所と、海溝や安定陸塊のように、小さい場所がある。このような違いが生じる最も大きな原因は何か。「プレート」という語句を用いて簡潔に説明しなさい。

問２：地磁気が発生する主な原因は、地球内部のどの部分が、どのような運動をすることだと考えられているか。

問３：過去の地磁気の向きや強さが、岩石の中に記録として残されているものを何というか。