地球の内部はどうなっているか

地球内部には，地震波速度や密度が急激に変わる不連続面があり，地球内部をいくつかの層に分けている。

地表に一番近い不連続面はモホ面で，地殻とマントルの境界面である。大陸地殻は花崗岩質で，モホ面の深さは30–40 kmなのに対し，海洋地殻は玄武岩質でモホ面の深さは5 kmにすぎない。

上部マントルには深さ410 kmと660 kmに不連続面があり，660 kmの不連続面を境界に，上部マントルと下部マントルに分かれる。また，マントル最深部にはD″ 層がある。地震波速度が不均質な，厚さ約200 kmの層である。

中心核は，液体の外核と固体の内核に分かれる。外核には地震波のS波が伝わらないので，外核は液体だとわかる。地球の自由振動の研究によると，内核の半径は1212 km，密度は12g⁄cm³である。

マントルのうち深さ400–1000 kmは，密度や地震波の速度が急激に増加しているので，マントル遷移層と呼ばれる。マントル遷移層には，地震波の速度が不連続に変わる不連続面が2つある。1つは深さ400 kmの不連続面で，ここでは上部マントルの主要鉱物であるかんらん石が変形スピネルへ転移している。深さ660 kmの深度の不連続面では，スピネルがペロブスカイトに転移する。深さ660 kmの不連続面は，上部マントルと下部マントルの境界でもあり，ここでの相転移は，プルームの上昇や沈み込んだプレートの潜り込みをさまたげている。深さ660 kmの境不連続面を境に，マントルの粘性率や電気伝導度も大きく変化している。

液体の外核とマントルの境界面が，核‐マントル境界である。外核は鉄‐ニッケル合金で，マントルは珪酸塩鉱物でできている。すなわち，この境界で酸化‐還元状態が大きく異なる。この，核とマントルの化学的非平衡が，どのように維持されているかは，大きな謎だった。

外核に軽元素成分として酸素が含まれていれば，これは大きな問題ではなくなる。1970年代に，リングウッド[解説]は，高温下では鉄に酸素が溶け込むことを実験で示し，外核の軽元素は酸素だと論じた。

核‐マントル境界の直上にある厚さ約200 kmの層はD″ 層と呼ばれ，地球内部で最も組成や構造が不均質な層である。 “D″ 層には地震波速度の不連続面がある”， “D″ 層には地震波速度が著しく遅い溶融状態の領域がある” という最近の研究が注目されている。 “D″ 層には沈み込んだプレートが蓄積されている”， “D″ 層はプルームの発生源である” とする考えも出てており，地球内部ダイナミクスにおける重要な研究対象となる。

核‐マントル境界の温度は，3200–4200℃くらいである。

地球の中心にある金属の部分が核で，液体の外核と固体の内核からなる。核は鉄隕石と同様に鉄‐ニッケル合金でできている。核の半径は3500 km，内核の半径は1212 kmである。内核は六方最密充填構造のε（イプシロン）相でできている。地震波の伝わり方を見ると，内核を通過する地震波の速度は方位によって異なり，赤道面内を通過する地震波は遅く，南北極を結んだ方向に伝わる地震波は速い。この，方位によって地震波の伝わり方が違う性質は 〝異方性〟 という。その原因は，内核を構成する鉱物が同一方向にそろって配列しているためである。

内核は，地球内部が徐々に冷たくなるにつれて，生長した。地球中心の温度は，4700–5700℃くらいである。

“地殻・マントル・核” という分けかたは，成分によるものである。しかし，地球は，変形しやすさの違いによっても，いくつかの層に分けられる。

上部マントルの表層部と地殻は，低温で塑性変形しにくいリソスフェアで，その下には流れやすいアセノスフェアがある。アセノスフェアの上面は，地震波速度の遅い低速度層の上面とほぼ一致している。

氷河性地殻変動の解析によると，上部マントルの粘性率は，10¹²Pa∙s[解説]である。下部マントルの粘性率はこれよりもさらに1桁以上大きい。

地球はどんな物質でできているか。

それを知るには，地表に露出する岩石を調べればよいと思うかもしれない。しかし，話はそう簡単ではない。露出する地層や岩石は場所によって異なり，地球の平均の化学組成を反映したものではないからだ。

地球の化学組成を科学的に推定するにはどうしたらよいか。アマゾン川やミシシッピー川の河口に堆積している砂は，上流から運ばれた。砂はさまざまな岩石が砕けて運ばれてきたから，その砂はかなり広い範囲に分布する岩石の平均的な組成，つまり，地表付近の岩石の平均組成を表している。あるいは，地表に露出する岩石を多く集めて分析し，それを平均することで化学組成を推定できるかもしれない。

このようにして，地球化学者たちは，地殻の化学組成を推定した。その結果，大まかには，大陸地殻は花崗岩質，海洋地殻は玄武岩質の岩石でできていることがわかった。

では，マントルはどんな岩石でできているか。マントルまでの深さは大陸で30 km以上，海洋でも5 kmと，かなり厚い。マントルの岩石を手に入れようと大規模なボーリングが試みられたが，その作業はたいへん困難でり，多くのばあい途中で断念された。

しかし，マントル物質を手に入れることはまったく不可能というわけではない。捕獲岩といって，マントルの岩石が火成岩の中に取り込まれていることがある。火成岩のキンバーライトなどの中に多く含まれている。捕獲岩は，かんらん石や輝石，ガーネットなどからなるので，これらが上部マントルを構成するとされた。

下部マントルや核の物質を手に入れることは不可能である。そこで地球物理学者は，岩石や鉱物に荷重をかけて高温高圧にし，密度や結晶構造，地震波速度を測定する。こうして得られたデータを，地震波から求めた地球内部のデータと比較する。実験で得られた密度や地震波速度が，地球深部の値と一致すれば，それは地球深部物質の候補となり，大きくずれていれば候補から外す。こにょうに，地球物理学者は，地球深部を構成している物質を絞り込んでいく。

地球は46億年前に微惑星が衝突・集積して形成された。衝突で発生する熱で，形成途上の地球は溶融状態になり，マグマの海 (マグマ・オーシャン) で覆われた。微惑星中の金属鉄成分は沈降して金属核になり，揮発性成分は脱ガスして原始大気になった。

微惑星の衝突が減ると，マグマの海は固まって原始地殻が生まれ，マントルは上部マントルと下部マントルに分かれた。原始大気の主成分だった水蒸気は雨になり，原始海洋ができた。このように，地球の形成と同時期に，核，マントル，地殻，大気・海洋という地球の成層構造も形成された。

その後，地球内部は冷え，核は固体の内核と液体の外核に分かれた。また，プレート・テクトニクスが働き出すと，地殻は玄武岩質の海洋地殻と花崗岩質の大陸地殻に分かれた。大陸地殻は沈み込みにくいので，大陸は成長を続けて現在にいたっている。