2012-01-10

太陽系を探検しよう―7.地球の内部はどうなっているのか?(その2)

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画像はこちらよりお借りしました。
 
地球の内部シリーズでは、内部構造について追求しています。
 
地球の内部構造を知るには、大きく5段階の手順が必要となります。
①地球の質量を算出する 
②地球の密度を算出する
③地球の内部は「固体」なのか、「液体」なのか。
固体の部分は「固い」のか、「柔らかい」のか。
④地球の内部の構成を導く
⑤それぞれの地球内部の組成を推測する
 
 
前回の、「太陽系を探検しよう―4.地球の内部はどうなっているのか?(その1)」では、②までを扱い、地球の密度について説明しました。
引き続き、今回は④までの秘密に迫っていきます。
 
地中の内部を想定するのに利用されるのが、地震の時に発生する波(=地震波)です。
地震の際、大きく揺れる地域は限られていますが、実はその揺れは、微少な振動(=波)として地中の裏側にまで伝わっているのです。
そのときの波は、地球の内部を通過しています。その伝わり方を調べることで、地球の内部を解明するのです。
 
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まず、「地震波」の性質について説明します。
 
ある震源で地震により大きなエネルギーが発生し、同時に大きな揺れが発生します。
その揺れが、「縦波」と「横波」として伝わります。
さて、「縦波」「横波」とは何でしょうか。
 
 
◆縦波と横波の違い
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画像はこちらからお借りしました。
 
①縦波:P波(Primary Wave)
・進行方向:波と同じ方向に振動
・伝搬速度:速い(地表附近で5~7km/秒)
・伝搬媒体:固体・液体・気体の全て
 
②横波:S波(Secondary Wave)
・進行方向:波と直角方向に振動
・伝搬速度:遅い(地表附近で3~4km/秒)
・伝搬媒体:固体中のみ(液体・気体は伝わらない)
 
では、なぜ横波は液体、気体を伝わることが出来ないのでしょうか。
その原理を説明します。
 
次の図をご覧下さい。
 
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画像の拡大はこちら
 
液体・固体ともに、分子が沢山集まって出来ています。
横波の場合、これらの分子間の結合力で、隣の分子に伝える必要があります。
 
つまり、分子同士のつながりの強さがポイントになります。
例えば、水は水素結合で液体、これに対して多くの金属は金属結合で固体です。
分子間のつながりは、固体の方が圧倒的に大きいのです。
 
これに対して、縦波の場合はお互いに押し合うだけなので、分子間の結合が弱くとも、分子がつぶれることがなければ(=簡単に化学反応することがなければ)力を伝えることが出来るのです。
 
だから、縦波は固体・液体ともに伝わるのに対して、横波は固体しか伝わらず液体では伝えることが出来ます
 
※ちなみに・・・、
厳密には、横波は必ずしも固体のみで伝わるわけではなく、液体でも伝わると考えられます。しかし、液体中での横波は減衰が極めて素早く起きるため、伝わらないと表現されているのです。
 
 
◆波の伝わる速さ(縦波と横波の違い)
それぞれの波が伝わるスピードは、地表付近の岩盤中では、縦波では5~7km/秒、横波では3~4km/秒と、縦波の方が早いのです。
 
ニュース速報で流れる「緊急地震速報」は、縦波は横波よりも早く伝わるという特性を利用したものです。
一般的に、地震で大きな被害を受けるのは「横波」です。
震源で地震発生後、縦波による揺れが早く到着し、その後、危険な横波が届くまでには時間差があります。つまり、早く到着した縦波を瞬時に察知して「緊急地震速報」を発令し、その少し後にとどく横波に備えるという仕組みなのです。
 
 
◆波の伝わる速さ(固いモノと柔らかいモノの違い)
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画像はこちらからお借りしました。
  
固いモノは柔らかいモノよりも、速く伝わるという特性があります。
地表面から深い固いゾーンの方が、浅い柔らかいゾーンよりも、波の伝わり方が早いのです。
 
これは、波の伝わり方の概念図で言えば、固いモノは隣り合う分子のつながりが強いということになります。
釣り竿の様な柔らかくしなるモノよりも、金属バットの様な固いモノを振りかざす方が、先端まで力が早く伝わるということからも、イメージ出来るかと思います。
 
では、地震波が地盤の中をどのように伝わるのでしょうか。
 
 
◆地震波の進み方
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画像はこちらからお借りしました。
 
地中では、地震波は真っ直ぐ進むとは限りません。
上図は、相対的に、地表面では地盤が柔らかく、深くなると固くなることをモデル化したものです。このように、固さの違いにより波は曲がりながら進むのです。
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画像はこちらからお借りしました。
 
上図は、一部に柔らかいゾーンが含まれている場合のモデル図です。
左図だけでは、どの部分が遅い部分なのかわりません。しかし、中図の通り、別な地震のデータを組み合わせると、それらの経路(赤い線)の両方が通る部分(下右の赤く塗った部分)が地震波の伝わる速さが遅いのだろうと 推定できます。
こうして、大量の地震波のデータを一度に処理すると、地下構造が浮かんでくるのです。
 
 
◆地中の地震波の伝わり方
地震が起こった時に、地球の各地点でその地震波を測定すると、横波だけが伝わらないゾーンがあることが分かりました。
ここは、地震波の影(シャドウゾーン)と呼ばれています。
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画像はこちらこちらからお借りしました。
 
そこで、これまで紹介してきた2つの原理、①横波は液体中では伝わらない ②固さにより波の伝達速度が異なること を元に地震波を分析すると、地球の真ん中に液体のゾーンがあることが分かりました。
 
 
◆地球内部の状態
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画像は、NEWTON(別冊)よりお借りしました。
 
これまで、地震波による地球の内部構造の推測の方法を紹介してきました。
その結果、地表面より「地殻」「マントル」「外核」「内核」の大きく4つの層に分けられること、その状態(液体or固体、固いor柔らかい)が分かってきました。
 
 
一方で、同時に幾つかの疑問も出てきます。
・液体と気体の境界面にある海の波は、横波だが伝わる。液体の定義の問題?横波の定義の問題?
・固い、柔らかいの基準は何なのか?
厳密に考えると、意外と分からないことも出てきますが、これらについても今後解明していく必要がありそうです。
 
具体的にどのような組成で構成されているのか、いよいよ、次回よりこれまでの紹介した内容をもとに、その核心に迫っていきます。 

List    投稿者 kumasuke | 2012-01-10 | Posted in ⑫宇宙を探求する2 Comments » 

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コメント2件

 popi33 | 2013.11.30 23:11

はじめまして、参考にさせて下さい。
この脳の機能は実に凄いを感じてる!自分を抜けるも可能!
それは、総てが思い込みと言う、実にリアルに感じられる裏付けがそれを、加速させ其処に好奇心を産み結果信じて疑う事なく思い込む!が完成してるのでは?
この自分が自分と思い込めると言う事!あの多重人格症が
まさに、それを証明してる!
元々自分て無い!癖のある両親の遺伝情報で組み立てられてる!
此処に新たに後天的刷り込み育まれて行き其処に必然と自我が育つ!身体ある故に作用と反作用のリハビリが感覚が感性を磨き心を育まれる!
総てが脳内で仮想世界が生涯掛け構築絶えずリアルな現実との同期を取ろうと翻弄してる。
最大の不安が死ぬと言う事!
絶えず生きると死は隣合わせ何時でも準備は完成し出来てる!
故に最大の恐怖!和らげる知恵が!
死後の世界があるか?と言う思い!
総てが脳内での幻覚では?この幻覚は実に自分が知り得ない事までまるで夢に見る様な事までリアルさを出す!
故に、死後の世界がある様に感じ思い込む!
これは?元々自我がなどが無いのに出来た自分が消えるは実に恐ろしい!これを自己防衛故に、あの世と言う次の場所を作り出す事で恐怖を無くすと言う事までこの脳はやってしまうのでは?
脳波で調べるが!これが測定出来ない程のレベルでも働いてる気がする!
問題はココ!
せっかく苦労して生きて来ても総てを捨てなくては成らない!
この自分が無に成るは我慢出来ない!
デモ心配はない!
その生き様は、消える事はない!
その生き方がヒトに感動を与える事が出来たならば!
生きてるヒトの心にウイルスの様に生き様は強い感染力を持ち
その他人にデモ残ると言う事!自分は消えても十分ではないの?
天国さえ必要ない!
様は生きてる生き様は消える事はない!最低でも家族には確実に残る!魂の行方は生きてるヒトの心に宿る!
未だに其れが個々に育みとして残ってる!
心にお釈迦様の心が既に感染してる!
これがまさに!輪廻転生として違う他人に乗り移ると言う事!
これが可能と言う事!では?ないの、、、?
脳は実に多様な事をこなす!
、、、、、、
総ては、考え方で変わると言う事ではないの?

 cosmos | 2013.12.01 11:11

popi33さん、こんにちは。
>総ては、考え方で変わると言う事ではないの?
記事の背景にある意図を読み解いて頂いていることに深く感謝致します。
これからもよろしくお願いします。

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