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地球内部を調べる地震波

マントルまで掘り進んだ例はありません。それでも外核が液体と分かるのは、ある種類の地震波が地球の裏側まで届かないからです。

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上部で地震が発生します。黄色の線はP波、青色の線はS波です。「再生」で波を送り直し、「時間」を動かすと途中の様子を確認できます。「震源」を動かすと地震の位置が変わります。波の経路は、PREMという地球モデルを簡略化して計算しています。

二種類の地震波

断層がずれると、地球全体に波が広がります。最も速いP波のPはprimary（最初の）を表します。伸ばしたばねに伝わる振動のように、進行方向に岩石を押したり引いたりし、固体、液体、気体を通ります。次に来るS波のSはsecondary（二番目の）です。進行方向と直角に岩石を揺らします。液体はこのような横方向のずれに抵抗できないため、S波は液体を通れません。

どちらの波も、深い場所にある硬い岩石の中では速くなります。そのため斜め下に進む波は、水中の光のように屈折し、曲がって地表に戻ります。世界各地の数千台の地震計が、その到着時刻を記録します。地震学者は距離ごとの到着時間の差から深さごとの波の速さを求めます。速さが急に変わる場所は、層の境界を示します。英国地質調査所は、これをガラスのプリズムで曲がる光にたとえています。

地震波が届かない領域

地震の発生地点から地球に沿った角度を測ると、真裏は180°です。直接届くS波は約104°までは記録されますが、その先では全く記録されません。マントルと中心の間に、S波を止めるものがあります。S波を止めるのは液体なので、その層は液体でなければなりません。P波の振る舞いは異なります。やはり約104°を超えると消えますが、約140°から先で再び現れます。USGSによると、液体の核で屈折するためです。液体の鉄では、その上の硬い岩石よりP波が遅いため、外核に入ると急に減速します。その結果、中心に向かって大きく曲がり、遠方で地表に出ます。104°から140°までの帯状の地表には、直接届くP波がありません。

模型でも確認できます。時計を見ると、P波は約20分で地球の反対側に届きますが、S波は届きません。「震源」のスライダーを動かすと、影の領域も一緒に動きます。これは、原因が地表の特定の場所ではなく、地球内部にあることを示します。この簡略化した模型では、核のすぐ外側を通る最後のP波は約97°の地点で地表に出ます。実際の波は核の縁も回り込み、弱いP波がもう少し遠くまで届きます。

背景1930年代、デンマーク測地研究所の地震学者インゲ・レーマンは大地震の記録を調べ、本来は届かないはずの影の領域に弱いP波を見つけました。1936年、レーマンは、液体の核の内部に波がより速く伝わる内核があり、一部のP波を屈折させて影の領域へ戻すという説明を提案しました。その後の研究で、内核は固体だと分かりました。模型で104°から140°の間に届く少数の黄色い線は、内核を通る波です。
「S波のみ」を選んで再生してください。青い線はすべて外核で止まります。次に「P波のみ」を選び、両側の104°から140°の間にある隙間を探します。
P波最も速く、押し引きする波。固体と液体を通ります
S波P波より遅く、横方向に揺らす波。液体を通れません
P波のシャドーゾーン地震の発生地点から104°〜140°。直接届くP波がありません
S波のシャドーゾーン約104°より先には直接届くS波がないため、外核は液体と分かります
インゲ・レーマン、1936年シャドーゾーン内の弱いP波が内核の存在を明らかにしました
  1. 液体を通れない波はどれですか？
    • S波
    • P波
    • 両方
    • どちらでもない
  2. 地震計に最初に届く波はどれですか？
    • P波
    • S波
    • 同時に届く
    • 天気による
  3. P波のシャドーゾーンは、地震の発生地点から約何度で始まりますか？
  4. P波は約何度から再び現れますか？
  5. S波のシャドーゾーンから何が分かりますか？
    • 外核は液体
    • 地殻は薄い
    • 内核は高温
    • マントルは液体
  6. 外核でP波が大きく曲がるのはなぜですか？
    • 液体中で急に遅くなるから
    • 急に速くなるから
    • 核に磁性があるから
    • 地殻で反射するから
  7. 1936年に内核の存在を提案したのは誰ですか？
    • インゲ・レーマン
    • アルフレッド・ウェゲナー
    • ジョン・ツゾー・ウィルソン
    • ハリー・ヘス
  8. 地震の発生地点から170°離れた観測所に直接届くのは何ですか？
    • P波のみ
    • S波のみ
    • P波とS波の両方
    • 何も届かない
  9. 60°離れた観測所には何が記録されますか？
    • P波とS波の両方
    • P波のみ
    • S波のみ
    • 何も届かない
  10. 地震の位置に合わせてシャドーゾーンも動くなら、その原因はどこにありますか？
    • 地球内部。どの方向でも同じ
    • 地表の特別な場所
    • 海洋
    • 月
ポイント
  • P波は最も速く、押し引きする波で、固体と液体を通ります。
  • S波は横方向に揺らす波で、液体に遮られます。
  • 104°より先に直接届くS波がないことから、外核は液体と分かります。
  • 104°から140°には、核で屈折するため直接届くP波がありません。レーマンは1936年、そこに届く弱いP波から内核の存在を見いだしました。
このコースの出典 (13)
  • USGS This Dynamic Earth: Inside the Earth, Historical perspective, Understanding plate motions, Ring of Fire, Hotspots (pubs.usgs.gov/gip/dynamic/inside.html, historical.html, understanding.html, fire.html, hotspots.html)
  • USGS Earthquake Hazards Program, Shadow Zone (usgs.gov/media/images/shadowzonegif): no direct P waves 104° to 140°
  • USGS FAQ Where do earthquakes occur? (usgs.gov/faqs/where-do-earthquakes-occur): circum-Pacific belt about 81% of the largest earthquakes, Alpide belt about 17%
  • USGS FAQ How many active volcanoes are there on Earth? (usgs.gov/faqs/how-many-active-volcanoes-are-there-earth): about 1,350 potentially active, about 500 erupted in historical time
  • NOAA Ocean Exploration, What is the Ring of Fire? (oceanexplorer.noaa.gov/facts/rof.html): more than 450 volcanoes, nearly 40,250 km
  • NOAA Science On a Sphere, Earthquake Magnitude Perspective (sos.noaa.gov/catalog/datasets/earthquake-magnitude-perspective): most great earthquakes are megathrust events at convergent boundaries
  • British Geological Survey, Discovering Geology: What causes earthquakes? (bgs.ac.uk/discovering-geology/earth-hazards/earthquakes/what-causes-earthquakes/): crust 25 to 70 km under continents and 5 to 10 km under oceans, mantle to 2,890 km, about 15 major plates, slab pull, ridge push, elastic rebound (Reid, 1906)
  • IRIS, Seismic shadow zone animations (iris.edu/hq/inclass/animation/seismic_shadow_zone_basic_introduction)
  • Earle, Physical Geology 2e, 9.2 The temperature of Earth's interior (opentextbc.ca/geology/chapter/9-2-the-temperature-of-earths-interior/)
  • ESRF 2013, The Earth's centre is 1000 degrees hotter than previously thought (esrf.fr/news/general/Earth-Center-Hotter)
  • Lehmann 1936 extracts, Harvard EPS (courses.seas.harvard.edu/climate/eli/Courses/EPS281r/Sources/Inner-Core/Lehmann-1936-extracts+interpretation.pdf)
  • layer depths 660 km and 5,150 km from PREM (Dziewonski and Anderson 1981)
  • Coastline figure: Natural Earth 1:110m (public domain).

確認日: 2026-10-17