地球内部の密度・温度・圧力分布
地球の内部は深くなるほど高温・高圧になります。密度・温度・圧力の分布を理解することで、各層の物質状態(固体・液体)を説明できます。
基本知識
密度: 地殻約2.7〜3.0 g/cm³ → マントル3.3〜5.6 g/cm³ → 外核10〜12 g/cm³ → 内核約13 g/cm³。不連続面(モホ面・グーテンベルク面)で密度が急増する。
温度: 地表からの温度上昇率を地温勾配といい、地殻では平均約25〜30℃/km。マントル深部では勾配は小さくなるが絶対温度は高く、マントル底部で約4000℃、外核〜内核境界で約5000〜6000℃に達すると推定されています(太陽表面温度に近い)。
圧力: 地球中心では約360 GPa (360万気圧)。深さとともに単調増加する。
内核が固体である理由は、圧力が非常に高く融点が上昇するためです。外核の液体鉄は圧力が低い分融点も低く、液体状態を保っています。
地温勾配（地殻では約25〜30℃/km の割合で温度上昇）
地熱流量（地球内部から地表に流れ出る熱量）
融点（物質が溶け始める温度。圧力が高いと融点が上がる物質が多い）
グーテンベルク不連続面（深さ約2900 km。マントルと外核の境界）
深掘り
地球内部の熱源は主に2つです。①原始地球形成時の熱(微惑星衝突による熱、まだ冷えきっていない)と、②放射性同位体の崩壊熱(²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰Kなど)。現在の地熱流量の半分以上は放射性崩壊によるものと考えられています。
マントルは固体ですが、数百万年〜数億年のスケールでマントル対流が起きており、プレートを動かす原動力になっています。マントル対流の様子は地震トモグラフィーで推測されており、冷たく重いスラブ(沈み込んだプレート)が深部に沈み込む様子が可視化されています。
地熱エネルギーは再生可能エネルギーとして注目されており、アイスランドや日本でも地熱発電が行われています。
- 地温勾配: 地殻で約25〜30℃/km
- 地球中心温度: 約5000〜6000℃
- 地球中心圧力: 約360 GPa
- 内核が固体=圧力高く融点が上昇するため
- 地球内部の熱源=形成時の熱+放射性崩壊熱
- マントル対流がプレート運動の原動力
注意点
① 「内核が固体なのは温度が低いから」は誤り。高圧で融点が上昇するために固体。② 地温勾配は地殻での値であり、深くなるほど勾配は小さくなる。③ 地球中心の温度は太陽表面温度(約5500℃)に近いが、太陽の中心温度(約1600万℃)とは全く異なる。
練習
- 地殻における地温勾配はおよそ何℃/kmか。
- 内核が固体である理由を「融点」と「圧力」という語を使って説明しなさい。
- 地球の内部熱源を2つ答えなさい。