地球の内部構造

地球の内部構造は、大気圏と水圏を除く地球の層であり、外側の珪酸塩固体地殻、高粘性のアセノスフェア、固体マントル、流れによって地球の磁場が生成される液体の外核、および固体の内核で構成されています。

地球の内部構造に関する科学的理解は、地形や水深の観測、露頭の岩石の観測、火山や火山活動によって深部から地表に運ばれたサンプル、地球を通過する地震波の分析、地球の重力場と磁場の測定、地球深部特有の圧力と温度での結晶固体の実験に基づいています。

注：コンドライトモデル（1）では、核の軽元素はSiであると仮定している。コンドライトモデル（2）は、コンドライトモデル（1）で示された核のモデルに対応するマントルの化学組成のモデルである。^[1]

地球の重力によって及ぼされる力の測定は、地球の質量を計算するために使用できます。天文学者は、軌道を周回する衛星の動きを観察することによっても地球の質量を計算することができます。地球の平均密度は、歴史的に振り子を使用した重力実験によって決定できます。地球の質量は約6 × 10 ²⁴  kg。^[4]地球の平均密度は5.515  g/cm3 ^. [ ^5]

地球の構造は、レオロジーなどの機械的性質と化学的性質の2つの方法で定義できます。機械的には、地球はリソスフェア、アセノスフェア、中間圏マントル、外核、内核に分けられます。化学的には、地球は地殻、上部マントル、下部マントル、外核、内核に分けられます。^[6]地球の地質学的構成層は、地表下の深さが深くなるにつれて深くなります。^{[6] : 146}

地球の地殻は、深さ5～70キロメートル（3.1～43.5マイル）^[7]で、最も外側の層です。^[8]薄い部分は海洋地殻で、海盆（5～10キロメートル）の下にあり、苦鉄質[9]（高密度の鉄マグネシウムケイ酸塩鉱物または火成岩）に富んでいます。^[ 10 ]厚い地殻は大陸^地殻で、密度が低く^[11]、珪長質（長石や石英を形成する元素が豊富な火成岩）に富んでいます。^[12]地殻の岩石は、シアル（アルミニウムケイ酸塩）とシマ（マグネシウムケイ酸塩）の2つの主要なカテゴリに分類されます。^{[13]シマは}コンラッド不連続面の約11km下から始まると推定されているが^[14]、不連続面は明確ではなく、大陸の一部の地域では存在しないこともある。^[15]

地球のリソスフェアは、地殻と最上部のマントルで構成されています。^[16]地殻マントル境界は、2つの物理的に異なる現象として発生します。モホロビチッチ不連続は、地震波速度の明確な変化です。これは、岩石の密度の変化によって引き起こされます^{[17] – モホ面のすぐ上では、一次地震波（} P波）の速度は玄武岩（6.7〜7.2 km / s）と一致し、その下ではペリドタイトまたはダナイト（7.6〜8.6 km / s）の速度に似ています。^{[18]第二に、海洋地殻では、}超塩基性集積岩と構造化したハルツバージャイトの間に化学的不連続があり、これは大陸地殻にオブダクションされ、オフィオライトシーケンスとして保存された海洋地殻の深部で観測されています。^{[説明が必要]}

地球の地殻を構成する岩石の多くは1億年未満前に形成されたものですが、最も古い鉱物粒子は約44億年前のものであり、地球が少なくとも44億年前から固体の地殻を有していたことを示しています。^[19]

地球のマントルは深さ2,890 km（1,800 mi）まで広がっており、地球上で最も厚い層となっている。^[20] [これは半径6,371 km（3,959 mi）の45%、体積の83.7%に相当し、体積の0.6%は地殻である]。マントルは上部マントルと下部マントルに分かれており^[21]、遷移層^[22]によって区切られている。核とマントルの境界に隣接するマントルの最も低い部分は、D″（D-ダブルプライム）層として知られている。^[23]マントルの底部の圧力は≈140 G Pa（1.4 M atm）である。^[24]マントルは、上にある地殻よりも鉄とマグネシウムが豊富なケイ酸塩岩でできている。^{[25] [26]}マントルの対流は地殻内のプレート運動を推進します。この運動を推進する熱源は、地球の地殻とマントル内の放射性同位体の崩壊と、惑星形成時の初期の熱（大量の物質が重力井戸に崩壊することによって放出される位置エネルギーと、集積物質の運動エネルギー）の組み合わせです。 ^[27]

マントル深部では圧力が上昇するため、下部は流れにくくなりますが、マントル内の化学変化も重要かもしれません。マントルの粘度は10 ²¹～ 10 ²⁴ パスカル秒の範囲で、深度とともに増加します。^[28]比較すると、300 K (27 °C; 80 °F) の水の粘度は0.89 ミリパスカル秒です^[29]、ピッチは (2.3 ± 0.5) × 10 ⁸パスカル秒です。^[30]

地球の外核は、高さ約2,260 km (1,400 mi) (つまり、内核の端にある最高点から最低点までの距離) [地球の半径の36%、体積の15.6%] の流体層で、主に鉄とニッケルで構成され、地球の固体内核の上、マントルの下にあります。^[31]その外側の境界は、地球の表面から2,890 km (1,800 mi) 下にあります。内核と外核の間の遷移は、地球の表面から約5,150 km (3,200 mi) 下にあります。地球の内核は、地球の最も内側の地質層です。それは主に半径約1,220 km (760 mi) の固体球で、これは地球の半径の約19% [体積の0.7%] または月の半径の70%に相当します。 ^{[32] [33]}

内核は1936年にインゲ・レーマンによって発見され、一般的には主に鉄と少量のニッケルで構成されています。この層はせん断波（横方向の地震波）を伝達できるため、固体でなければなりません。実験的証拠は、現在の核の結晶モデルと矛盾することがあります。^[34]他の実験的研究では、高圧下での矛盾が示されています。ダイヤモンドアンビル（静的）研究による核圧力での融点は、衝撃レーザー（動的）研究によるものよりも約2000 K低くなっています。^{[35] [36]}レーザー研究ではプラズマが生成され、^[37]結果から、内核の条件を制限するには、内核が固体であるか、固体の密度を持つプラズマであるかに依存することが示唆されています。これは活発に研究されている分野です。

約46億年前の地球形成の初期段階では、溶融により密度の高い物質が中心に向かって沈み、惑星分化と呼ばれるプロセスが起こり（鉄の大災害も参照）、密度の低い物質は地殻に移動したと考えられる。したがって、核は主に鉄（80%）とニッケル、および1つ以上の軽元素で構成されていると考えられているが、鉛やウランなどの他の密度の高い元素は、あまりに稀であるため重要ではないか、より軽い元素と結合する傾向があるため地殻に残る（珪長質物質を参照）。内核は単一の鉄結晶の形をしている可能性があると主張する人もいる。^{[38] [39]}

実験室環境では、鉄ニッケル合金のサンプルを2つのダイヤモンドチップ（ダイヤモンドアンビルセル）の間に挟んで核のような圧力をかけ、約4000 Kに加熱しました。サンプルはX線で観察され、地球の内核が南北に走る巨大な結晶でできているという理論を強く裏付けました。^{[40] [41]}

地球の組成は、ある種のコンドライト隕石や、太陽の外側の部分にあるいくつかの元素と非常によく似ている。 ^{[42] [43]} 1940年代初頭から、フランシス・バーチを含む科学者たちは、地球は地球に衝突する最も一般的なタイプの隕石である普通のコンドライトに似ているという前提に基づいて地球物理学を構築してきた。これは、利用可能な酸素が極めて限られた環境で形成された、通常は好酸性の元素が地球の核に相当する合金部分に部分的または全体的に存在することになる、それほど多くないエンスタタイトコンドライトを無視している。 ^[要出典]

ダイナモ理論によれば、外核の対流とコリオリの効果が組み合わさって地球の磁場が生じている。固体の内核は永久磁場を保持するには高温すぎるが（キュリー温度を参照）、液体の外核によって生成される磁場を安定させる働きをしていると考えられる。地球の外核の平均磁場は2.5ミリテスラ（25ガウス）と推定されており、これは地表の磁場の50倍の強さである。^[44]

コアの流れによって生成される磁場は、惑星間放射線から生命を守り、大気が太陽風で消散するのを防ぐために不可欠です。伝導と対流による冷却率は不明ですが、^[45]コアが凍結するのは約910億年後と推定されています。これは、太陽が膨張し、惑星の表面を殺菌し、燃え尽きると予想される時期よりかなり後です。^{[46] [より良い情報源が必要]}

地球の地層構造は、地震によって生じた屈折および反射した地震波の移動時間を利用して間接的に推測されてきました。核はせん断波を通過させませんが、移動速度 (地震速度) は他の層では異なります。異なる層間の地震速度の変化は、光がプリズムを通過するときに曲がるように、スネルの法則により屈折を引き起こします。同様に、反射は地震速度の大幅な増加によって引き起こされ、鏡に反射する光に似ています。

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