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(Minato 1953, Ijiri 1956) 古生物学 (paleontology)
→ 研究材料は生物化石でありその化石を含んだ岩石である化石化の問題(塚田 1974)
個体古生態学 問題点 1: 堆積現場付近の現生生物群集の定量. 2: 堆積物中(湖底や海底表面泥土)の遺骸群集の統計. 3: 調査結果の統計学的信頼性. 4: 堆積速度. 5: 採集地点環境測定 古植物学 (paleobotany)19 c: ヨーロッパ(ドイツ)で発展 → 後期にほぼ古植物学として確立20 c初期: 顕微鏡技術発達 + 薄層切片技術発達 → 日本に古植物学伝わる 目的: 古植物学 = 植物学 + 地質学
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[ 代 | 年代学 | 化石 fossil | 大絶滅 | 主な課題
古生態学 (paleoecology)生物 ⇔ 環境: 生物が生きた時代復元
様々な要因に分け分類し複合形成する。特に制限要因を調べるのが方法的に簡明
物理的 physical / 化学的 chemical / 生物的 biological + 社会的 social
種数変化 / 個体数変化 / 種構成変化 |
通常、相対・絶対年代relative and absolute ageを上手に結合し年代判定
→ 相対年代では満足できないものがあるのでabsolute rate併用 絶対年代absolute rate数字で表わされる年代1. 年輪年代学 dendrochronology 2. 放射性物質半減期: 質量分析器mass spectrometerで測定 a. 炭素年代測定 carbon dating, 14C年代測定carbon 14 dating, radio carbon 14C: 半減期5560(5730)年 14C空気中含有量一定時は正確 ↔ 気候変化で14C比率変化 = 誤差 AMS法 (accelerator mass spectrometry, 加速器質量分析)
1970年代末: 加速器でC14を直接数えるAMS法提案
放射性元素半減期利用し、百万-数億年程度の年代確認可能
地層が含む岩石中放射性元素核分裂利用 - 地層形成絶対時代を測定
方法 (測定基礎放射性崩壊系列, 半減期 yr) 測定同位元素 = 適用可能年代
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アイソクロン法 (等時線, isochron): 系が閉じてから経過年後の親核種と娘核種の含有量関係は直線
全岩アイソクロン法 石英はある温度に達すると熱蛍光発生 TL強度 → 石英晶出時か加熱に強度リセットされた時以降、周辺環境から受けた放射線量(天然蓄積線量)
年間放射線量一定(仮定) 年間線量は堆積物中放射性元素のU, トリウム, K含有量、含水比、及び宇宙線から算定
土器等、放射性炭素年代測定法が利用できない場合によく利用 ESR信号強度は、物質生成時または加熱等により強度がリセットされた時以降、周辺環境から受けた放射線量(総被曝線量)と相関
放射線年間線量一定(仮定) ⇒ [ESR年代値 = 総被曝線量/年間線量] 地質学的時間では、磁北は様々な規模・周期で変動(時にN極が南極側指す)。堆積物中にマグネタイト磁性鉱物含まれ、ある一定温度以下で、その時の磁北を示したまま固化したり、鉱物微粒子が堆積時に当時の磁北に向き定方向に配列(残留磁化) → 地磁気変動捉えれば地層年代推定可能 堆積層残留磁化方向測定 - 方位明らかな定方位試料である必要
弥生時代中期以降2000年は地磁気永年変化判明し照合可能 堆積年代推定法泥炭層堆積に要した年数を推定 → 湿原の歴史わかる
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様々な年代区分法があるが、生態学で使うにはこれかな、という部分を書き抜く。-zoicの形でわかるよう動物進化を基準に区分。当然、各地質時代期間は、研究者により算定異なる 区分 「代 era」 > 「紀period」 > 「世 epoch (続 series)」 > 「期」 隠生代* Cryptozoic time = 冥王代 + 始生代 + 原生代
地球誕生(4.6 Bya)-可視生物出現(0.542 Bya) 岩石(殆ど)残っていない - 月による研究 始生代* Archaean (太古代 Arcaheozoic) 38億-25億年前Corycium (最古化石) 原生代* Proterozoic 25億-5億4200万年前最古無脊椎動物群・生痕 顕生代 Phanerozoic time = 古生代 + 中生代 + 新生代 古生代 Paleozoic 5億4400万-2億5000万年前 古生層土壌 (古生代堆積層)
母材: 礫・砂・泥岩等、固結堆積岩の互層 オルドビス紀 (0.4883-0.4437 Bya) シルル紀 (0.5883-0.416 Bya) デボン紀 (0.416-0.367 Bya) 石炭紀 (0.367-0.289 Bya) ペルム紀 (0.29-0.251 Bya) |
中生代 Mesozoic 2億5000万-6500万年前 中生層土壌 (中生代堆積層) 三畳紀 Triassic (0.251-0.195 Bya)
母材: 礫・砂・泥岩の互層 (固結堆積岩, 地力保全基本調査分類) 白亜紀 Cretaceous (0.14-0.065 Bya) 新生代 Cainozoic (6500万年前-現代) 第三紀 Tertiary = 古第三紀 + 新第三紀 第三紀層土壌 (第三紀堆積層)
母材: 礫・砂・泥岩の互層 (半固結堆積岩, 地力保全基本調査分類) 第四紀洪積土 (洪積世堆積土) 礫・砂・粘土層等互層で一般に砂層多い。母材は非固結堆積岩 第四紀沖積土
水に運ばれ堆積(水積)した母材(非固結堆積岩)が土壌化 植物変遷を基準とした代区分 (ないわけではないようだ)古植代 Paleophytic era: 先カンブリア紀-二畳紀前半 - 隠花植物が大勢中植代 Mesophytic era: 二畳紀前半-白亜紀中期 - 裸子植物全盛 新植代 Neophytic era: 白亜紀中期-現代 一般に植物組成の変化は動物に先行して起こるので、植物による区分は動物による区分に先行する |
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= 先カンブリア代 (46億-5.4億年前) = 原生代 (Proterozoic)・始生代(太古代) (Arcaheozoic)・冥王代 Hadean 冥王代 (創成時代) Hadean 46-40 Bya
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25億年前貫入・固結 → 18.3億年前変成作用 全球凍結仮説 (hypothesis of snowball Earth)Def. 全球凍結: 赤道を含む全表面が凍結した状態の地球原生代: 複数回(少なくとも3回)あった
生物は火山活動の盛んな地熱の高い地域で生き延びた(仮説)
1回目: 24-22億年前 → 凍結解除後に真核生物出現 エディアカラ生物群 the Ediacara (or Ediacaran) biota |
☛ 化石
石灰・石灰岩
カンブリア紀 Cambrian 545-505 Mya三葉虫類 [温暖化]
Archaeocyathus (古杯類), Redlichia (三葉虫), Paradoxides (三葉虫) シルル(シルリア, 志留利亜)紀 Silurian 588-416 Mya= オルドビス紀 + ゴトランド紀オルドビス紀 Ordovician 588.3-443.7 MyaOrthoceras, Didymograptus最古の魚筆石類・オウム貝類 [温暖] Tremadocian (Gasconadian) 485.4-477.7 Mya Arenig (Arenigian) 477.7-470 Mya Llandeilian 466-460.9 Caradocian 460.9-449.5 Mya Ashgillian 449.5-443.7 Mya カレドニア造山運動 (Caledonian orogeny): シルル紀終期-デボン紀初 = 3大陸(ローレンシア、バルティカ、アバロニア)衝突
現アパラチア山脈: 石炭紀地向斜堆積物供給源 = 大西洋側 ⇒ 北大西洋大陸: 当時は大西洋に大陸存在 ゴトランド紀 Gotlandian 444-416 Myaシルル(シルリア, 志留利亜)紀 Silurian= ゴトランド紀 Gotlandian + オルドビス紀 Ordovicianゴトランド紀 Gotlandian 4.4370-4.1600 ByaMonograptus, Psilophyton最古陸生植物(4億年前 = 植物上陸) 筆石類・三葉虫類衰退 Ludlovian Downtonian Wenlockian Salopian Llandoverian Valentian デボン紀 Devonian (4.16-3.67 Bya)Halysites, Leptanea, Megalodon, Phacops, Cephalaspis, Ichtyostega魚の時代 サンゴ類カブトウオ出現 堅頭類出現最古の森林[温暖 → 寒冷化] 造山運動 Gedinnian(Lochkovian, Helderbergian) ゲジニアン 416.0–411.2 Mya Coblenzian Eiferian 393.3-387.7 Mya Givetian: 387.7-382.7 Mya: 北上山地根茂田帯根茂田コンプレックス Frasnian: 382.7-372.2 Mya: 岩手県大船渡市日頃市町長安寺 Famennian 372.2-358.9 Mya: 旧赤砂岩 old red sandstone、大量絶滅 デボン紀フローラ= 陸上植物繁栄 デボン紀堆積物海成層 s.l. ⇔ 陸成層: 古生代赤色岩中に化石出現 デボン紀化石分布: デボン紀上部と下部では大きな違い Psyilophyton出現は速い → Lycopsida, Pteridospermsシダ状種子植物, およびArticulatae繁栄 デボン紀下部 Lower Devonian: Psylophyton 1859 カナダ東部デボン紀下部 1917 Rhynia含む化石群 – 樹高1 mでapical sporangia有するが葉がない デボン紀上部 Upper Devonian Rhynia, Psilophyton: シーゲニアン Siegenian (411-407 mya) Rhacophyton, Sphenopteris: デボン紀末期 石炭紀 Carboniferous 367-289 Mya |
北米を元に細区分 Pennsylvanian ペンシルベニア紀 (石炭紀後半)
Moscovian: Desmatodon, [陸地高温多湿] Mississippian (前半)
Tournaisian: Productus Silesian 326-299 Mya
Namurian 331-319 Mya 二畳紀 (ペルム紀) Permian 2.9-2.51 Bya植物、両生類・爬虫類(巨大)フズリナ (Yabeina), Eryops, Seymouria, Gigantopteris 稜角石類・紡錘虫類発展。三葉虫理・四射サンゴ等古生代生物衰退 [気候激変] 氷河発達(南半球) Cisuralian 3.0-2.73 Bya
Asselian 299-294 Mya
Sakamarian 294-290 Mya
Roadian 273-267 Mya
Wordian 267-264 Mya Wuchiapingian 269-254 Mya Zechstein (苦灰統): 新赤砂岩 New Red Sandstone = Changhsingian + Wuchiapingian Changhsingian 254-252 Mya 
図. 下部二畳紀植物分布。□ アンガラ植物群 Angara flora, [●ヨーロッパ Europe, △ 北米 North America] = 欧米植物群 Euramerica flora, ▲ カタイシア植物群 Cathaysia flora (東部アメリカを含む), ○ ゴンドワナ植物群 Gondwana flora 石炭紀上部からTriassic下部にかけては化石が、時間的にも空間的にも連続し産出する |
☛ 化石
三畳紀 (トリアス紀) Triassic 251-195 Myaフローラ ≈ デボン紀 (+ 砂漠形成 → 拡大)、テーチス海 Thethys Sea前期Olenekian 2.512-2.472 ByaInduan 2.519-2.512 Bya 中期Anisian 2.472-2.42 ByaLadinian (殻灰統 Muschelkalk) 2.42-2.37 Bya 後期Carnian (カルン期) 2.37-2.27 ByaNorian (ノール期) 2.27-2.85 Bya Rhaetian (レート期, 上畳統 Keuper) 2.85-2.13 Bya: 新赤砂岩 New Red Sandstone Skytian (斑砂統 Buntsandstein)
Ceratites, Entomonotis, Halobia 太平洋2億年前 = 超大陸パンゲアと対をなす超海洋パンサラッサとして存在過去に存在が推定されているプレート(磁気模様等から推定)
ファラロンプレート: 現在のファンデフカ・ココス・ナスカプレート テチス動物群
紡錘虫類・四放サンゴ類(ペルム紀) ゴンドワナ大陸 (Gondwana Continent) 図. 500 m等深線による食違い少ない三畳紀の大陸 (Smith et al. 1994) 斜線部: 中生代粗粒玄武岩, A: 先カンブリア斜長石, L: 下部ジュラ系海成層南限, M&U: 中部・上部ジュラ系海成層南限
不整合直上に礫層 = 氷成層(タルキール層) – 大陸氷層 ジュラ紀 Jurassic1.95-1.35 Bya (化石豊富 → 石狩炭田)黒ジュラ Liasドイツのジュラ紀前期地層は帯黒
Hildoceras, Ichthyosaurus Sinemurian 2.0-1.9 Bya Pliensbachian 1.9-1.8 Bya Toarcian 1.8-1.7 Bya: 海洋無酸素化 |
褐ジュラ Doggerジュラ紀中期地層は帯褐色
Trigonia, Oppelia, Stegozaurus Bathonian 168-166 Mya 白ジュラ Malmジュラ紀後期地層・化石は白色が多
Perisphinctes, Lycoptera, Archaeoptelyx, Triconodon Oxfordian 163.5-157.3 Mya Kimmeridgian 157.3-152.1 Mya Tithonian 152.1-145.0 Mya = Portlandian (Portland Group), 南東英国 カルーKaroo超層群石炭紀-ジュラ紀。南アフリカの2/3の分布面積南アフリカの2/3の分布面積 地層: 緩い盆状構造 + 中心部最上位に洪水玄武岩溶岩乗る
+ 溶岩(ゴンドワナ分裂時に活動) = ドラケンスバ－グ山脈 中部 = 温暖な浅海性 → 石炭を伴う(南ア火力発電主燃料) 上部 = さらに温暖 → 両生類(ゴンドワナの特徴)・一部哺乳類要素 白亜紀 Cretaceous 140-65 Mya大海進の時代多くの"失われた輪 missing ring" - 少なくとも中期は植物進化の中心 以降第三紀Tertiaryまで変化(進化)はゆっくり進む 白亜紀後期late Cretaceous: 隆起により陸上増加 → 気候変化(砂漠↑) → 植物分布変化 = 被子植物多様化と繁栄 (Alps-Pacific orogeny) [北海道]: ウラボシ科、ゼンマイ科、シダ類、球果類、ソテツ類仲間、ナンヨウスギ、ショウナンボク、コウヨウザン、プラタナス、ポプラ、カツラ、クルミ [シダ植物と古タイプ裸子植物出現し始める] 親潮古陸 (国際深海掘削計画, IPOD 1977)白亜紀陸地 → 30-20 Mya: 海面下となる → 現日本海溝付近 古白亜紀 Palaeo-CretaceousAptian 125.0-112 MyaZeocomian
Trigonia, Plicatounio, Hibolites, Manchurichtys 新白亜紀 Neo-CretaceousCenomanian 99.6-93.5 Mya
Inoceramus, Nipponites, Gaudryceras, Tyranosaurus Senonian 89.3-65.5 Mya Danian ダニアン 66.0-61.6 Mya 極地スピッツベルゲン島新生代(第三紀): 化石 - 温暖中生代(三畳紀・ジュラ紀・白亜紀)の層みつかる アンモナイト・二枚貝・シダ植物・裸子植物化石 - 温和 古生代: 汎世界動物化石・植物化石(シダ植物) - 温和南極大陸東半球 = 楯状地 : 陥没帯(ロス・ウェッデール地溝) : 西半球 = 褶曲帯楯状地: ゴンドワナ大陸の一部
先カンブリア紀の花崗岩・片麻岩 ⇒ 両極には温暖な時期があった |
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廃止 (IUGS 2009) 第三紀 Tertiary64.3-26.0 Mya大陸移動に伴うフローラの地域差起こる → 北半球中部以北では熱帯(亜熱帯)性植物減少。落葉広葉樹が主構成要素 (現在) 共通種 北半球三大陸間: ブナ、ナラ、シナノキ、カエデ 北米-東亜: ユリノキ、スズカケノキ、カヤ、イヌガヤ、ツガザクラ 東亜: メタセコイア、イチョウ ☛ 造山運動 アルプス造山運動新生代第三紀が主 - 早い地域では中生代三畳紀からアルプス山脈 (地中海地域)-ヒマラヤ山脈 + 環太平洋 古第三紀 Palaeogene (Paleo-tertiary)6500(7000)万年前-2500(2000)万年前 (K-Ar): 温暖 → 寒冷属レベル分類可 → 分布は現在と比較的異なる
Nummulites, Amynodon, Unitatherium 始新世 Eocene 55.0-38.0 Mya 北海道: ノグルミ、ハンノキ、サワシバ、ハシバミ、クリ、プラネラ、ケヤキ、カツラ、カエデ、ウリノキ、カシ、ビロウ、バショウ、メタセコイヤ、スイショウ、ラクウショウ、イヌガヤ、マツ(Abies, Picea, Tsuga 亜高山地帯の花粉) [常緑広葉樹主体。若干針葉樹。現在の南九州以南林相に似る] 漸新世 Oligocene 33.7-23.8 Mya 北海道: クルミ科、カンバ科、ニレ科、カツラ科、マンサク科、カエデ科、バショウ、コモチシダ、イヌワラビ、コウヤワラビ、ゼンマイ、メタセコイヤ、スイショウ、ラクウショウ [落葉広葉樹主としたメタセコイヤ交える針広混交林] 新第三紀 Neogene (Neo-tertiary)2500万-200万年前 (K-Ar, Rb-Sr)北半球における第三紀植物相の遷移 種レベルで分類可。分布は現在とかなり近い 1. ヨーロッパ要素, 2. コルシカ要素, 3. 東亜要素, 4. 北米東部要素, 5. 北米西部要素, 6. 寒帯要素 → 気候変化の際に、植物移動は砂漠、海、山脈等でさえぎられる
特に氷河のため1-2-5-6は移動困難となり絶滅に近い状況となる 近代哺乳類発達 [温暖 → 寒冷化] 中新世 Miocene 2300万-500万年前哺乳類発達: シナノムカシイルカ(長野県) 1500万年前 北海道: ヤナギ, ポプラ, サワグルミ, クルミ, ハンノキ, カンバ, クマシデ, ハシバミ, アサダ, ブナ, ニレ, ケヤキ, カツラ, トチノキ, ナナカマド, サンザシ, カエデ, ウリノキ, メタセコイヤ, スイショウ, モミ, ハリモミ, ツガ, アスナロ属 [温帯落葉広葉樹林主体。高山に針葉樹。現日本自生種より中国中部や北米東部自生種の近縁種多] [中期] (2000万年前)やや温暖: ノグルミ, サワグルミ, ハンノキ, クマシデ, ナラ, クリ, ケヤキ, シンジュノキ(× シンジュ), Acer, ウバメガシ, ツバキ, ナツメ, メタセコイヤ, スイショウ, コウヨザン, タイワンスギ, イヌカラマツ, クロマツ, モミ, ハリモミ, ツガ, トガサワラ属 [落葉広葉樹林] 後期(1500万年前) Salix, ドロノキ, クルミ, サワグルミ, ミヤマハンノキ, ダケカンバ, ウダイカンバ, シラカンバ, ブナ, カツラ, ニレ, イタヤカエデ, ハリギリ, シナノキ, マメ科, バラ科, ホウノキ科, フウ, シンジュノキ, ナツメ, タイワンスギ, メタセコイヤ, Picea, Abies (A. firmaとは同定できない), Tsuga [メタセコイヤ絶滅。落葉広葉樹林と共に針葉樹増加。現在の森林に似ており, 殆ど出来あがった] 
松石: 3-5千万年前の植物が、水底に運ばれ埋没後、珪酸質の液が滲み込んだものを珪化木 silicified wood という。北九州の炭田では、炭層中に珪化木が含まれ、これを松石(松炭)と呼ぶ。昭和初期、福岡市外亀山炭坑の地下300 mの所から長い木のままで発見されたものの一部鮮新世 Pliocene 5-2.58(1.6) Mya: 寒冷化 - 日本は朝鮮半島とつながる
パナマ地峡形成、ヒマラヤ山脈上昇著しい ザンクリアン Zanclean (5.332-3.6 Mya) 第四紀 Quaternary258,8(180) Kya-現在: Homo出現が基準 「人類の時代」多種現存 (分布・群集種構成 ≠ 現在) + 第三紀要素消滅・絶滅 (花粉学) 更新世 Pleistocene (≈ 洪積世 Diluvium)180万(160)万-1万年前 (≈ 北半球氷河時代)Palaeoloxodon 人類発展[気候帯形成] 氷河更新世 glacial pleistocene: 10万年周期氷期サイクルが顕著に現れ始めた更新世後半90-100万年以降北海道: Abies, Picea最多 + Tsuga, Pinus, Larix, Juglans, Salix, Alnus, Tilia, Fraxinus, Pterocarya, Fagus, Ilex, Acer, Zelkoba出る 最寒冷期 → 垂直分布は現在より1000-1500 m低 (針広混交林だが、寒暖の反復に対応しつつ現在の森林相に近づく) 第四紀初期 early Quaternary = 氷河期 → 赤道付近に植物集中各大陸で個別に種分化 表. 中部ヨーロッパ晩氷期-後氷期分類 (Brinkmann 1959; Woldstedt & Duphoron 1974)地質的分類 (時代, 年) 気候 Ex. 植生 先史的分類 最終氷期最盛期 Last Glacial Maximum (20-1.5 Kya) ウルム氷期終わり (ボンメル氷河進出) 最古ドリアス期 Oldest Dryas (18.5-17 Kya) 寒冷(極地的) Ex. ツンドラベーリング期 Bølling oscillation (14.7-14.1 Kya) 僅かに温暖化 Ex. カンバ伴うツンドラ 古ドリアス期 (12.9-11.5 Kya) 寒冷 Ex. ツンドラアレレード期 Allerød oscillation (11.8-10.8 Kya) 一時的高温 Ex. カンバ・マツ伴う比較的疎林 若ドリアス期 Younger Dryas (10.8-1.03 Kya) 寒冷Ex. カンバ伴うツンドラ。旧石器時代終わり
↑ ウルム Würm (70-10 Kya)-晩氷期 (15-11.7 Kya) ボレアル期 Boreal (早温暖期) (9.7-7.5 Kya) 温暖乾燥 Ex. ハシバミ最盛期伴うカンバ-マツ林 アトランチック期 Atlantic (中温暖期) (7.5-5 Kya) 温暖湿潤(海洋性)完新世最温暖期 Ex. ナラ混合林 新石器時代始め以来の開墾 サブボレアル期 Subboreal (晩温暖期) (5-2.5 Kya)、一部乾燥期間(大陸的)Ex. ブナ、トウヒ伴うナラ混合林 青銅時代 サブアトランチック期 Subatlantic (後温暖期) (2.5 Kya- 現在)
現在の適湿-湿潤気候(海洋性) Ex. ブナ、ナラ、トウヒ 更新世 Pleistocene (= 洪積世 Diluvium, 旧称) 2.58-0.01 Mya 前期 (氷期 glacial stage, 間氷期 interglacial stage) ドナウ氷期(寒冷期) Donau I, II (I 600-585, II 550-540 Kya)
ワール暖期 (W) シシリア海進 中期 ギュンツ・ミンデル間氷期 Günz-Mindel (330-300 Kya, W) ミラチア海進 万県動物群 ⇒ 日本: スイギュウ・オオカミ・アナグマ・ヒョウ・ニホンジカ・イノシシ・サル ミンデル氷期 (300-230, K) ②ミンデル・リス間氷期 Mindel-Riß (230-180 Kya, W) チレニア海進 リス Riß (200-130) ③ 日本山岳地帯: 氷河 Ex. 日高山脈: トヨニ氷期、ポロシリ氷期 ウルム(ヴュルム)氷期 Würm (110-12 Kya) ④= ウィスコンシン氷期 Wisconsin (北米) (110-10 Kya)
アルプス第4紀4(6)氷期中の最新氷期
→ 4氷期のうち最も小さい(推定) → 氷床末端アガシー湖(カナダ南部の現ウィニペグ湖周辺)に注いだ後、湖東側の氷床張り出す → ミシシッピー川を経てメキシコ湾に流入 2) 氷床後退に伴うアガシー湖東側の氷崖崩壊
アガシー湖からの多量の淡水はセントローレンス川を通り北大西洋に流入
→ 海洋表層の低塩分(低密度)化 = 深層水形成を弱める + メキシコ湾流(暖流)北上を弱める
氷河縮小期確認 (ダンスガード-オシュガー振動) - 亜間氷期存在推定 モナストリア海進
古ウルム亜氷期 (44/46 Kya, K)
V 11.84 ⇒ 新ドリアス期 花粉分析: イチイ、アオモリトドマツ、カラマツ、イラモミ、トウヒ、チョウセンマツ、コメツガ、ハンノキ、サワシバ、ブナ、シナノキ、キタヨシ、カキツバタ等 ⇒ 針葉樹林 後期ウルム氷期(Würm)後期 新ドリアス期 (若ドリアス期) younger Dryas time (10.8-1.03 Kya, K)
最終氷期-完新世移行期(1.2-1.1万年前の寒冷期) = 最終氷期終焉
ベーリング期 (13) |
晩氷期 (15-11.7 Kya) 完新世 Holocene (≈ 沖積世/沖積統 Allbium, 旧称)1万年前-現在: 後氷期 postglacial = 最終氷期終焉後(欧州大陸氷床消滅)W, Homo 先ボレアル期 (9, K) ヨルジア海ボレアル期 (7.5, K) アンシルス湖 高温期(ヒプシサーマル hypsithermal, climatic optimum) 7-5 Kya アトラント期 (4.5, W) リットリナ海亜ボレアル期 (2.5, K) リムネア海 亜アトラント期 (W) マイア海 現在の地殻運動1. 活褶曲東北日本 → IS [この2つの境] → 西南日本東日本断層 – 現在の地形(山地、盆地、半島、海岸、平野)に良く対応 向斜(平地) – 背斜(山) 2. 造盆地運動関東造盆地運動: 第4紀 = 1200 m新第3紀 = 3000-4000 mの基盤堆積 上昇(隆起)・沈降が地形形成の基盤 
3. 傾動運動傾動 tilt: 断層により地塊の片方が大きく隆起し地表が傾く運動Ex. 濃尾(中部)傾動運動: 第四紀以降-現在 濃尾平野一帯
養老断層境: 西側(養老山地側)上昇 + 東側(濃尾平野側)沈降  図. 濃尾平野地域東西断面(桑原 1968): 西側ほど沈降し地層が厚く堆積する 曲降盆地 4. 曲降盆地 down (warped) basin地盤が下方に湾曲し下降(曲降)し作られた盆地= 山地(山間)盆地, s.s. = 構造盆地, s.l.: 山地内にあるテクトニック盆地 5. 地塊 block地塊山地/地塊盆地 Ex. 東海湖–古琵琶湖(第3紀) → 近畿に発達段丘の時代(中-後期洪積世) 武蔵野台地: 台地を斜めに削った台地 
ローム種分けにより堆積順序(= 海面変化の順序)分かる
温暖 = 間氷期 II. 陸化、火山灰降下 III. 下末吉層 – 海進 IV. 2と同様  下末吉海侵以来の海面変動と堆積物、地形面発達の説明モデル。年数と海面高度はEmilianiの水温変化曲線、その他日本の実例を考慮し考案 造盆地運動 (前期洪積世)海水準位置変化 – 気候変化原因。百万年–2百万年Ex. 大阪の層部 – ボーリングの結果層体が分かる
大阪地域: Ma = 海成粘土層 1-8, Tuff(火山灰層) → 陸成  ---------------------------------------------------------------------------
中位段丘: カラマツLarix針葉樹林帯であった → 寒冷 活構造運動 中-後期洪積世 海水面 沖積世 (前期沖積世 － 地殻の運動) 下末吉段丘 cf. 関東平野 現在の地殻運動: 過去と比較し劣らない激しい運動 – 河岸段丘の出来方 人新世 (Anthropocene)= 人類の時代: ヒトによる生態系改変・気候変動の影響は極めて大→ 完新世の次の地質時代を表す言葉とし提唱 2009 人新世検討作業部会(AWG), IUGS内発足2016 AWG: 人新世 ≠ 完新世 - 人新世始まり 地球に影響与える人間活動の劇的増加(大加速)が始まった20世紀中頃 |
氷期サイクル氷期-間氷期 glacial-interglacial periods氷期: 極域中心に中緯度地域まで氷床発達した寒冷な時期 ↔ 間氷期: 氷床縮小した温暖な時期原因(予測): 天文学的要因(ミランコビッチサイクル)、CO2フィードバック、アルベドフィードバック等フィードバック機構 ダンスガード-オシュガー振動 Dansgaard-Oeschger cycle, D-O cycle数百-数千年周期気候変動: グリーンランド氷床コア酸素同位体比変動で見い出された氷期内の気候変動
↙ 亜間氷期 interstadial = 温暖: 数十年間で数度の急激な温暖化 ↖ ハインリッヒイベン トHeinrich events: 発生機構未解明
ローレンタイド氷床から北大西洋への氷山群流出による氷山付着岩石が北大西洋に広く散布されたこと |
ミランコビッチ・サイクル Milankovitch cycle1930年代: ユーゴ天文学・数学者ミリューシャン・ミランコビッチ氷期サイクルを含む周期数万年以上の気候変動サイクル → 1960代以降: 氷床コア・海底コア酸素同位体比等から証拠 = 再評価 地球運動3要素[ = 軌道離心率(周期10万年, 40万年) + 地軸傾斜(周期4.1万年) + 地軸歳差運動(周期2.3万年,1.9万年)]変動に伴い地球が受ける太陽日射エネルギー変化に起因した気候変動サイクル 10万年周期問題(10万年周期の謎) 100 kyr problemミランコビッチ・サイクル中の地球公転軌道の離心率変化 = 10万年周期 → 氷期サイクル発現周期と一致離心率変化に起因した日射量変化 → 氷期サイクルのような大規模気候変動を起こす日射量変動生じない → 謎: 地球システムに日射量変動を増幅するフィードバック機構? (未解明) = 「10万年周期問題」 |
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縄文海進 Jomon marine transgression: 日本の海水面上昇(8/7-4千年前) 温暖湿潤 平均1-2°C(現在)↑ → 海面現在より0-3 (or 3-5 m)m↑ ⇒
貝塚(shell midden)分布 - 海岸線沿い(内陸)に多 → 海進説
|---- ヨシ泥炭層 |
バルト海 Bulte Sea古地理 (BP200)I バルト氷河期 Baltic Ice Lake (> 1万-7000年)氷縞粘度 → 対比により編年を知る II ヨルジア海 ヨルジア Yoldia = 2枚貝。現在北氷洋、南極海に生存(±0°C付近に生存)
海水準上昇 アンシルス = コザラ貝 → 海水準↓: -5000年には200 mm底。70 mの湖面 IV リットリナ海 Littnina Sea (リットニナ = タマキビ) プラント・オパール分析法プラント・オパール = 土中植物微小化石栽培可能植物分布確認に応用 イネ: 水田跡は確認されていない 風張遺跡(三内丸山古墳の東): 3000年前の米粒 岡山県南溝手遺跡: イネ花粉 – 縄文中期まで遡れる 福岡県板付遺跡: イネ花粉 ヒエ: 三内丸山古墳: 4000年前住居跡で確認 |
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≈ 天文学 astronomy 宇宙観察 – 光学的方法: 屈折・反射望遠鏡、スペクトル写真分析 1931 Jansky, 米: 空からくる電波を発見 1944 Reber: 白馬座方向等、定まった箇所から強い電波来ることを確認 電波望遠鏡発達 1957 ソ 人工衛星スプートニク1, 2号1958 米 人工衛星エクスプローラー 1959 ソ 月ロケット(ルナ2号月面到着, 3号月裏面撮影) 1961 ソ 有人宇宙船ボストーク(地球を一周) 1962 米 マリナー2号金星観測, テルスター1号欧米間TV宇宙中継 1965 米 マリナー4号火星接近、写真電送 1966 ソ ルナ9号月面軟着陸 1969 米 アポロ11号月面着陸、月面歩行 1972 米 パイオニア10号木星接近後に人工天体 1975 ソ 金星9号金星軟着陸 1976 米 バイキング8, 9号火星軟着陸 Hertzsprung, E. (1873-1967), Russell, H.N. (1877-1957): 独立に発見
ヘルツスプルンク・ラッセル図 (Hertzsprung-Russell figure, H-R figure) = 恒星の質量・光度関係 mass-luminosity relation
パルサー pulsar 宇宙の起源宇宙年齢 = 137.7億年(推定誤差1%, WMAP衛星測定)ビッグバン理論 big bang theory, BB theory大爆発説: 最初の1点が突然膨張始める仮定: 宇宙膨張中 → 過去の宇宙は現在より小 → 究極的に1点になる時存在 BB理論より導かれる予測
通信雑音除去中に宇宙マイクロ波背景放射検出 → 実証: 宇宙が過去に高温・高密度状態存在 インフレ(ーション)宇宙論 inflationary universe theory (1981 佐藤)
初期宇宙進化モデル 宇宙150億光年(認識できる範囲) → 銀河1011個星団 star cluster散開星団(銀河星団) open clusters (galactic clusters)球状星団 globular clusters 宇宙線 cosmic rays 宇宙速度 astronomical velocity天文単位 astronomical unit第1宇宙速度 first astronomical velocity, v1
物体が惑星周囲の公転に必要な最低速度(地球 ca 8 km/s) 惑星引力を振切り宇宙空間脱出に必要な速度, v2 地表面(r = re)と無限遠(r = ∞)間の力学的エネルギー保存の法則から求まる 力学的エネルギー保存則を質量mの物体に適用
(1/2)mv22 – GmM/re = (1/2)mV∞2 ≥ 0 (V∞ ≥ 0) mg = GmM/re2 → g = GM/re2 (re = 惑星半径 [m], M = 惑星質量 [kg], G = 万有引力定数) 各惑星の脱出速度
脱出速度 月 水星 金星 地球 火星 木星 土星
Ex. 脱出速度の小さな惑星(月・水星・火星等) → 大気希薄 星雲(銀河系外星雲) nebula (pl. nebulae)= 小宇宙, 島宇宙 island universe: 各種の天体の1大集団
楕円状星雲 ------------------> 渦状星雲spiral nebula > 銀河(系) (天の川) the Galaxy (galactic system), the Milky Way (system), the Milky Way Galaxy = 銀河系星雲 galactic nebula: アンドロメダ星雲等、20個の局部星雲群からなる
恒星(1011個) fixed stars + 星間ガス + 宇宙塵 → 円盤状空間作る
準恒星状天体 |
(宇宙 the cosmos, the universe): 星の進化 宇宙論 cosmology1924 Eddington AS1937 Gamov, G. (1904-1968): 星の進化に関する仮説 1937 Weizsäcker (1912-), Bethe, H.A. (1906-): 水素原子核融合 → 熱核反応 → ヘリウム生成 → 恒星誕生エネルギー源 宇宙誕生から3億年後 - 最初の星が誕生 1942 Schönberg & Chandrasckher S: Gamov説の修正1948 Alpher RA, Bethe H & Gamov G: Phys. Rev. 73: 803, αβγ論文
原子宇宙: 極度高温、高密度状態 = 全物質が中性子
1) 偶数核(陽子数、中性子数どちらも偶数からなる核)は奇数核に比べ多
星間物質 = 宇宙雲(ガス状) + 宇宙塵(小粒子) → 濃密に集合 → [恒星誕生]
1H1 ┐ ↗e+(γ) ↗v(γ)
→ HをHeに変える反応により、開放されたエネルギーに伴う放射圧と気体圧が重力と釣り合う
中心部で作られた原子エネルギーが放射エネルギーの形で表面に運ばれ宇宙空間に放出される → 反応が中心から外側へ移行 → 核反応↑ = 星の明るさ↑[巨星]
2He4→4Be8→6C12→8O16→10Ne20→ ……… (*→) (→*) … 12Mg24, 14Sb28, 16S32, 18Ar36, 20Ca40, ···→ 26Fe36, 28Ni60
脈動変光星: 不安定状態な星となると膨張収縮を繰り返す 放出された物質(H-Feまで)は星間物質となる 中性子星 neutron star: 超新星爆発で残った中心部(パルサー pulser が中性子星である可能性) 1) 定常説: 宇宙には始めもなければ終わりもない
→ 問題: 放射性元素存在し続けることは説明できない 赤方偏移 red shift: 光波のドップラー効果 → 長波長にずれる Ex. 重力による赤方偏位 gravitational red shift Law. ハッブルの法則 Hubble's law (1929, Hubble EP 1889-1953, 米)v = H0r ⇒ 赤方変位は星間距離に比例
r: 天体までの距離 NASA人工衛星WMAP観測: H0 = 71 ± 4 km/s/Mpc tuniverse (宇宙年齢, ハッブル時間, 特性膨張時間) =
r/v = 1/H0 ≈ 137億年 (物質密度や宇宙定数により変化) → 100億年前、宇宙の物質は1点に集まっていた → 宇宙膨張 → 宇宙原理: 宇宙の等方性(全方向で関係成立)と一様性(いずれの位置でも関係成立)は常に成立する Def. 赤方偏移, z ≡ λ/λ0 – 1 = v/c = H0r/c Ex. 2つの銀河間の距離(l0)とその間を伝わる光の波(波長λ0)
v = H0l0 (Hubble's law), 観測者Oから光源Sが速度vで後退 → T = T0 + vT0/c = (1 + v/c)T0
光源Sで光が放たれたときの波長はλ0 = cT0 → z = v/c → λ/λ0 = l/l0, l = l0 + Δl Eq. アインシュタインの重力場方程式: R = -8πGT
R: 空間曲率, G: 定数, T: 物資エネルギー(運動量) → (1/2)mc2 = GmM/rg Def. シュワルツシルド面: 半径rgの球面→ この面の内側は光も物質も出られない = 事象の地平線 宇宙生物学 (astrobiology)フェルミのパラドクス (Fermi paradox)1950 同僚との昼食時の会話
みんな､どこにいるのだろう ⇒ (フェルミ推定) ドレイク方程式 (Drake equation) |
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45億6千7百万年 (恒星 = 太陽 the sun) 惑星 planet 水星(a) → 金星(a) → 地球(a) → 火星(a) (小惑星群(b)) mercury venus earth mars planetoids, asteroids
木星(c) →
土星(c) →
天王星(d) →
海王星(d, e) →
冥王星 (a) 岩石惑星(地球型惑星): 質量小、密度大(4.0-5.5 g/cm3) – 相対的に金属元素多 ハビタブルゾーン habitable zone: 生命が生存可能な惑星
(b) 1600以上の小天体。セレスceres最大 = 直径780 km → Galle JG 1812-1910, 独: 1846.9.23 海王星発見 Def. (2006.8.24 国際天文学連合総会策定定義) 惑星
Rn = 0.4 + 0.3 × 2n (Rn: 太陽との距離 (地球1), n = –∞, 0, 1, ···, 8) Def. 衛星 satellite: 惑星周囲を公転している星Ex. ガニメデ ganymede: 木星最大の衛星。半径2550 km (水星より大) Def. 彗星 comets: 太陽の周囲を公転するが軌道は長楕円 (周期彗星)、放物線・双曲線となる (非周期彗星)質量は地球の10万分の1-100万分の1 Def. 流星 meteors, shooting stars: 微塵が地球大気に入り大気摩擦で発光Def. 隕石 meteorites: 流星中で地上に達する = 概ね火成岩
自形結晶が成長。石基 → 長時間かかり冷却 球粒隕石 (コンドライト chondrite) (85%)
普通球粒隕石 - 球粒の表面が滑らかでない (変成受けた) 非球粒隕石 (エコンドライト achondrite) - 変質 (9%) b) 石鉄(質)隕石 siderolites, stony ironc) 鉄質隕石(隕鉄) siderites, iron meteorites (6%) (惑星)探査機 space probe惑星や衛星の観測・調査を目的金星探査機1962 マリナー2号(米): 金星から35000 km通過 → 磁場や放射線帯がない1970 ベネラ7号(ソ連): 金星着陸に初成功 1978 パイオニアビーナス(米) 1989 マゼラン(米): 開口合成レーダーによって金星表面の詳細な地図作成 火星探査機1965-73 マリナー4/5/7/9/10号 (米): 火星衛星となり7329画像を地球に送信1971-73 Mars2-7号(ソ連) 1975 Viking1, 2号(米): 火星着陸初成功 → 生物存在する兆候を調査 1988 フォボス1, 2号(ソ連): 火星衛星フォボス探査 1996 マーズグローバルサーベイヤー(米) 1996 マーズパスファインダー(米) 着陸させたローバー(探査車)で表面を移動し地表調査 1998 のぞみ(日, 宇宙科学研究所): 2004に火星軌道投入(失敗)→ 火星周回し火星大気・磁場等を観測 外惑星探査機1972- Pioneer 10: 1973木星接近観測 →1983太陽系外に飛び出し初の太陽系外人工天体 1973- Pioneer 11: 1974木星接近 →1979土星に接近し環や衛星を観測 + 宇宙人宛メッセージ搭載 1977- ボイジャー1, 2号: 1979木星接近 → 1980,8.1土星接近
2号: 1986天王星探査 → 2009 Kepler (NASA) 太陽 the sunコロナ: 太陽の大気 (ジオコロナ: 地球の大気で輝いている部分)フラウンホーファ線 Fraunhofer lines (von Fraunhofer J, 1787-1826, 独光学機器製作者)
1802 Wollaston WH (1766-1828, 英): 太陽光スペクトル中に複数の暗線の存在報告 各暗線 = 太陽上層に存在する様々な元素や地球大気中酸素等で吸収されたスペクトル 惑星食 eclipse: 太陽-地球-衛星が一直線上に並ぶ位置関係で、地球の陰になる部分 = 衛星が食に入った状態食期間: 食に入っている期間
本影: 太陽エネルギーが全く得られない地球の陰の部分 → 衛星から太陽が全く見えない状態 火星火星氷床 Martian ice cap: 火星の北極と南極に存在するグリーンランドと同程度の大きさの氷床氷床の厚さは両極とも3000 ｍ程度(最近の観測) 両氷床ともH2O氷でできている説が有力
CO2氷CO2 ice: CO2ガスが凝結した氷 = ドライアイス → 以前は火星極冠はCO2氷と考えられた |
北極氷床: 表面に半時計回りの渦巻き状の溝が存在するドーム状氷床 南極氷床: 表面はデブリで覆われており複雑な地形 隕石と月地殻・大気・海水: 全てマントルから = 地球と同起源 → 地球内部構造と関連
a) 隕石 meteorite年齢: 45億年に集中 → 地球生成年代と一致
球粒: 橄欖岩、斜方輝石 – 塩基性岩石、高温 → 球粒・石基は生成段階異なる 地殻対応性隕石はまだ発見されていない 鉄質隕石(隕鉄): 母惑星、層状構造 – Fe/Ni合金
1500°C – 1100 (γ型結晶) – 740 (α型結晶) – 380
元素 - 始原惑星元素__________________2-3億年隕鉄、鉄質固体地殻の形成__3億年 隕石(岩石として)_________45億年 → 45億年前地殻はなかった b) 月地形は海・生物に覆われていない: 観察容易 + 表面変化少岩石、鉱物研究
海 black stone – 玄武岩 = 30-35億年
月質学├─────→┤ 隕石 ├──────┼────→┤ 月 ├──────┼─────┼──────→ 地球 │ 隕石段階 │ 月段階 │ 地球段階起源: 地球との関係から見た
最古の岩石 = 45億年 = 地球・太陽系年齢と一致
→ 軽い斜長岩が表層に浮かび上がる + 重い橄欖石や輝石が沈降・集積し地殻形成
月 年数(109年) 地球
の対数 (太陽系の始まり)
インプリウム代 60
アルキメデス紀
アペニン紀
プロセラルム代 最古の陸地: 46億年
エラトステネス代 40 先カンブリア紀
コペルニクス代始まり 20 海洋代(海地形確定):
30億年
現世代 クレーター
テオフィルス
クレーター成生 0
-0.20 カンブリア紀
-0.40 シルル-デボン紀
-0.60 二畳紀
-0.80 三畳紀
ジュラ紀
-1.00 白亜紀
アリスタルクス
クレーター生成 第三紀始まり
月地震 M2-3 → 月の地震と地球の地震の性質は異なる?
隕石段階 始源地球の形成 始源月
↓→母惑星(鉄質隕石) 月地殻形成
月段階 層状構造の形成
始源地殻 ⇔ 大気・海水
原生代
始源大地 大陸地殻
↑ 大地向斜
古生代 ↓ 地殻安定期
中生代
新生代 ↕ 大陸地殻崩壊
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地球誕生 ≠ 孤立的事象 (自然科学史 近代)
星雲説 nebular hypothesis = カント(Kant)・ラプラス説
= 低温起源説: 冷たい星雲が回転凝集し熱を持つ Moulton FR 1872-1952 Chamberlin TC 1843-1928 微惑星説 planetesimal hypothesis (1906 Moulton, Chamberlin) 太陽とすれ違った恒星の潮汐力により太陽の物質が空間に飛散し凝集し惑星系となる Jeans, Sir James Hopwood 1877-1946, 英Jeffreys, Harold 1891-1989 潮汐説 tidal hypothesis (1916 Jeans, Jeffereys 現在否定): 高温起源説
太陽近くを恒星通過 → 引力で太陽と恒星からガス離され戻れず中間に残ったガスが固まり惑星形成 Urey, Harold Clayton 1893-1981, 米: 宇宙塵説 (1952) 隕石説(宇宙塵説)
原始太陽が宇宙塵雲に遭遇し粒子を捕獲し、粒子が回転・凝集し惑星・衛星・隕石に成長 地球年齢測定放射性元素半減期: 所々の溶岩が表面で固まってから現在までの時間経過
冷え固まった溶岩は放射性元素について閉じたシステム
太陽 地球 地球最古の岩石* 地球生命の起源 *カナダ北西部アキャスタ川 片麻岩 ジオイド geoid地球をとりまく重力等のポテンシャル面の内で、大洋地域ではその平均海水面と一致するもの→ 大洋平均海水面を陸地内部に延長した基準面 – 地表付近の起伏、物質分布に応じ僅かな起伏 Ex. アルプス、ヒマラヤ等大山脈では40-50 cmの膨れ 地球楕円体 terrestrial ellipsoid: ジオイド形に最も近い(=近似面持つ)楕円体
表. 地球の定数 平均半径, r = 6371.221 km → 扁平率, f = (a – b)/a = 1/297 体積, V = 1.083·1012 km3 vs 質量, M = 5.9761·1027 g ⇒ 平均密度, ρ = 5.517 g·cm-3 重力 極, gP = 983.221 g·cm-2 vs 赤道, gE = 978.049 ·cm-2
×103 6
2山型 → g(φ) = α(1 + β·sin2φ – γ·sin22φ),
α = 978.049 gal (赤道での重力),
重力は赤道最小、両極最大 |
→ 重力補正 gravity correction
→ ブーゲ補正 = ブーゲ異常
地球の質量・密度単位質量に働く引力, F = kM/R2M: 地球質量 R: 半径 K: 万有引力定数 (6.670·10-8 dyne cm2/g2) ∴ 地球の質量, M = 5.98 × 1027 g地球体積 = 1.083·1027 cm3 → 平均密度 = 5.52 g/cm3 地殻構成岩石密度 ≈ 2.8 g/cm3 → 地球内部に著しく密度の大きな物質存在 古地磁気学 palaeomagnetism岩石、堆積物等に記録される過去の地磁気地磁気発達により地表への放射線到達量減少 - 生物浅海で生息し光合成可 ダイナモ理論(効果・作用) (geo)dynamo theory1600 Gilbert, William 1544-1963: De Magnete地磁気の起源は地球内部 = 地球全体が本質的に磁石 1919 Larmor, Sir Joseph 1857-1942: 太陽磁場をダイナモ理論で説明1950≈ Elsasser, Walter Maurice 1904-1991 地球の流体外核の中で誘導される電流により地磁気形成 1950≈ Bullard, 1907-1980: 地磁気成因論
双極子dipole磁場: Fe, Ni等電気伝導度高い物質存在 地球磁場中で磁化 → 岩石磁化方向は地球磁場と一致(= 平行) 堆積岩: 堆積過程で地球磁場方向に整列 – 岩石全体が一定方向磁性 (沈殿残留磁気 residual magnetism)→ 磁場変化しても岩石磁気は長期間もとのまま → 岩石冷却か沈殿堆積時の地球磁場が分かる 
Ex. 中生代-古生代: 磁北は現在の赤道付近
各地点の相対位置に変化なければ磁極位置は同一地点に集中 → そうならない! 磁気層位学: 海洋底は陸上より単純構造で複雑さはない N-S逆転: 縞模様(長さ不規則) = 特定時期示す目印 地温勾配 geothermal gradient太陽輻射: 地中深く及ばず、地表面から数10 m下で一定太陽輻射及ばない深さ → 温度は深さと共に増 = 地温勾配, dT/dh (°C/100 m) ≈ 3 (5を越える場合ある) 熱源: 地表下方に存在 → 地温勾配発生 = 熱流heat flow量決める 熱流量: 単位時間あたりに単位断面積を通過する熱量 Hs = k·dT/dh, k: 熱伝導率 世界平均(ほぼ均一) 1.4 × 10-6 cal/cm2/sec → 日本: 変化大 – 平均の1/2-2倍の範囲 [熱源分布関与] 熱: 放射性元素(U, Th, K)崩壊による – 詳細不明 |
研究方法: 地球トモグラフィー人工(昔は自然)地震: 地震波速度変化 → 不連続面存在 = 組成変化本来は資源探査目的で研究進む(深さ100 km程度限界) Ex. 油田探査 人工衛星・宇宙探査機層形成説均質集積起源説: 地球形成時は均質 →元素批准の違いにより相分離 - 層形成 分別集積起源説: 地球形成過程で同時に作られた折衷的な説も作られている 1) 地殻: 隕石より推測 → 石質隕石 ≈ マントル(鉄質隕石成分 ≈ 地殻成分)
44億年前: 地殻形成始まる ↓ コンラッド不連続面(C面) Conrad discontinuity ↓ __大陸地域の地殻中で認められる ↓ 大陸地殻 continental crust: 50 km程度 ↓ ____→ 高い山地 = 厚 ↔ 低地 = 薄 ↓ __上部 Vp = 5.5-6.5 km/s ↓ ____→ 花崗岩質 = 花崗岩質層 granitic layer ↓ __下部 Vp = 7 km/s ↓ ____→ ρ = 3 gr/cm3 → 玄武岩質 = 玄武岩質層 basaltic layer ↓ 海洋地殻 oceanic crust: 10 km程度 ↓ 海洋では即座に Vp = 7 → 花崗岩質層が薄いか欠ける モホロビッチ不連続面(モホ面, M面) Mohorovitch discontinuity: 地殻-マントル境界面
→ 不連続面存在 = モホ面
上部 Vp < 7 km/s 大陸で地表から30-40 km (若い造山帯50-70 km)、海洋で海底面から5-6 km  図. 地殻の構造モデル 大陸地域の岩質層と大洋地域の玄武岩質層には疑問の余地ない → 大陸地域の玄武岩質層はまだ問題 + マントル上層部は榴輝岩質だという説もある 2) マントル (earth's) mantle
地殻下で厚さ2900 km (地球体積の82%、重さの68%)低速度層: 地表から100 km前後にvP低くなる部分(B層上部) → 部分的溶融(= 液体) → マグマ(火成岩) → プレート移動はこの位置から起こる: A層変化の要因はB層以下からくる 高速度境界: 深さ ≈660 kmで急に地震波速度早くなる = マントルは固体→ 地震はこれより上部で発生 → マグマの起原: 玄武岩: 橄欖岩、輝石。エクロジマイト: 輝石、ざくろ石Fe, Ni主成分?: 隕石はマントル成分に近い。橄欖岩等は地球特有 玄武岩質(3.2) ⇔ エクロジマイト (3.4) [高温だと玄武岩のまま]P-S差 = 圧力・温度差により鉱物が転移 (P波変化等により判明) |
石英 SiO2 → (高圧、ρ = 2.7) coes 石 → (ρ = 3.2) Stishov 石 → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → Si:O = 1:0.4__SiとOの結合が変化_______Si:O = 1:0.6 マントルで起こる変化
橄欖岩 (MgFe)2SiO4 斜方晶形 → (ρ = 3.22) 尖晶岩 (ρ = 3.5) MgAl2O4 立方晶形 3) 核 core: 密度大きな液体(10-13 g/cm3)。体積16%、質量31%を占める 外核(半径3480 km): S波のみ伝播
温度: [仮定] 地球内部温度は断熱圧縮による温度上昇のみで決定 内核 (1222 km) 水と大気の起源太陽系の起源と密接な関係気体の平均分子運動速度, Vm = √(3RT/μ) R: 気体定数, T: 絶対温度, μ: 分子量
惑星表面温度高 → 分子速度大 → 太陽に近い惑星ほど大気消失 海水(大気)の生成・存在条件海の起源 origin of sea地球: 窒素・酸素は大気に残る (水素・ヘリウムは大気中に残らない)
惑星形成段階でH2O取り込まれる(温度制限あり) – 太陽との距離
正イオン 負イオン, H2O
Na, Mg, Caは火成岩、Cl-, CO32-, SO42-は火山ガス(揮発成分)由来 蛇紋岩: 深部マントルが構造的弱線に沿って上昇 → MgSiO5(OH)4, MgSi4O10(OH)2
(海水: マントル厚30-70 km部分含む水に相当 = マントル含水量の10%) 惑星と比較 → 内惑星: 水金地火 = N2, CO2, H2O ↔ 外惑星: 木土 = H2, H2O, NH3, CH4
始生代: 生物により地球独特大気生成 N2, O2, H2O
沈積 CaCO3 ⇔ 海水中CO2 ⇔ 大気中CO2 温室効果 greenhouse effect: 太陽エネルギー保つ(0-100°C) 大気中O2: 現大気中 200 mb分圧(今は遥かに多い) ⇔ 火山ガス = O2ない
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地球
月
Pratt: 密度差が高さの差に現れる