【地学基礎】地学基礎の全体地図—4 つの領域のつながりと共通テストに向けた学び方｜武蔵野個別指導塾

固体地球・大気と海洋・宇宙と地球史・環境と災害を 6 本の矢印で結ぶ図と、計算が出る単元の一覧を手がかりに、間違えたときに戻る単元を自分で決められるようにしませんか。

よくあるのは、居間で中学校の卒業アルバムを開いたまま、横に置いた地学基礎のノートを前に手が止まるという場面です。アルバムをめくれば、同じ友だちが遠足のページにも部活のページにも写っています。ところがノートのほうは、地震は地震、天気は天気、太陽は太陽のページに閉じていて、互いに何の関係があるのか見えてきません。単元ごとの小テストは通ったのに、範囲全体の問題になると、どの単元の話かを考えているうちに時間がなくなってしまいます。

ここでは、ばらばらに学んだ単元を 1 枚の地図に載せ直します。読み終えるころには、問題文の語や単位からどの領域の話かを見分け、覚えた語で答えるのか、図を描いて考えるのか、計算するのかを振り分けられるようになります。間違えたときに、どの単元まで戻ればよいかも自分で決められるようになります。

この単元で押さえること

• 4 つの領域: 固体地球、大気と海洋、宇宙と地球史、環境と災害に分けると、全 30 単元の置き場所が決まります。
• 6 本の矢印: 太陽放射、火山ガス、地層と化石、地震・噴火、豪雨・台風、氷期の記録で、領域どうしがつながります。
• 単位の見分け: km/s なら地震、hPa なら大気、億年なら地球史というように、問題文の単位が領域を教えてくれます。
• 計算の一覧: 計算が目立つ単元は多くなく、使う関係は 1 つの表の 9 行に入ります。
• 問題の 3 つの型: 覚える語、図で考える問題、計算の 3 つで、練習のしかたを変えます。
• 戻る先: 間違えた単元の中だけで直そうとせず、原因になっている前の単元へ戻ります。

地球の形（01）から自然災害（29）までを一度通したあとに読むのが基本ですが、途中で開いて、いま地図のどこにいるのかを確かめる使い方もできます。

基本の考え方

4 つの領域はものさしが違う

地学基礎が扱うのは、足もとの岩石から約 138 億年前の宇宙の始まりまでです。範囲が広くて見通しが悪いと感じたら、まず 4 つの領域に分けます。分け目の目印になるのは、それぞれの領域で使うものさしの違いです。

固体地球は、地面の下の話です。地球の半径は約 6400 km、核との境界は深さ約 2900 km で、プレートは年に数 cm しか動きません。その一方で、地震波の P 波は約 5〜7 km/s で岩石の中を伝わります。ゆっくり動くものと速く伝わるものが同じ領域にあることを、まず頭に入れておきます。

大気と海洋は、地球の表面をおおう薄い膜の話です。対流圏は約 11 km まで、海の表層混合層は約 100 m までしかありません。地球を半径 64 cm の球に縮めると、対流圏の厚さは約 1.1 mm です。雲も台風も海流も、この薄い膜の中で動いています。

宇宙と地球史になると、時間と距離のものさしが一気に大きくなります。宇宙の年齢は約 138 億年、地球の誕生は約 46 億年前、銀河系の円盤の直径は約 10 万光年です。環境と災害では、ものさしが人の暮らしの長さまで戻ってきます。ほかの 3 つの領域で学んだしくみが、数分の揺れや数日の豪雨、数十年の気候の変化として目の前に現れる場所です。

このものさしの違いは、問題文の単位に表れます。共通テストの形式のように文章や図表を読んで答える問題では、単位を見て領域の見当をつけることが最初の一歩になります。

6 本の矢印で領域をつなぐ

領域は切り離されていません。図1のように、環境と災害を真ん中に置くと、4 つの領域は 6 本の矢印で結ばれます。

図1の外側の 3 本は、地球のしくみどうしのつながりです。

• 太陽放射: 宇宙から大気と海洋へ向かう矢印です。太陽定数は約 1.37 kW/m² で、地球の反射率は約 30% です。26 で学ぶ太陽の核融合のエネルギーが、20 の放射収支を通って、21 の大気の大循環や 22 の海流を動かす元手になります。
• 火山ガス: 固体地球から大気と海洋へ向かう矢印です。地球の誕生のころ、内部から放出された水蒸気や二酸化炭素が原始大気をつくり、地表が冷えると水蒸気が雨となって海ができました。現在の火山ガスも主な成分は水蒸気で、二酸化炭素も含みます。15 の先カンブリア時代の話は、18 で学ぶ現在の大気（窒素約 78%、酸素約 21%）の生い立ちでもあります。
• 地層と化石: 固体地球から地球史へ向かう矢印です。12 の堆積岩と 13 の地層は岩石の話ですが、積み重なった順番と含まれる化石を読むと、14 以降の地球の歴史に変わります。

真ん中へ向かう 3 本は、しくみが暮らしに届く道です。

• 地震・噴火: プレートの沈み込みが 06 の海溝型地震を起こし、08 の火山をつくります。その結果が 29 の津波や火砕流として暮らしに届きます。
• 豪雨・台風: 水蒸気が運ぶ 19 の潜熱が 24 の台風や前線の雨を支え、29 の土砂災害や高潮につながります。
• 氷期の記録: 17 で学ぶ第四紀の氷期と間氷期は、過去の気候の変動の記録です。28 で現在の温暖化を考えるとき、自然の変動と人間活動を区別する比較の材料になります。

こうして見ると、環境と災害は新しい知識が増える領域というより、外側の 3 つの結果が集まる場所だとわかります。この領域の問題で止まるときは、原因がたいてい外側の領域にあります。

全 30 単元の順番

全単元を順番に並べると次の表になります。足もとの地面から始めて、地層で時間をさかのぼり、空と海へ上がり、宇宙まで広がって、最後に暮らしへ戻る道筋です。

授業の進み方は学校によって違うので、この番号は学ぶ順の決まりではなく、戻るときの目印として使ってください。12 の堆積岩と 13 の地層は岩石の単元でもありますが、時間を読む入口なのでここでは地球の歴史の側に置いています。

計算が出る単元の一覧

計算が目立つ単元は次の 9 行です。掛け算と割り算、そして半分にする計算がほとんどで、複雑な式は出てきません。

覚える語と考える問題の分け方

問題は 3 つの型に分かれ、見分ける手がかりは問いの終わり方です。「何というか」と聞かれたら覚える語、「なぜか」「どうなるか」と聞かれたら図で考える問題、「何 km か」「何倍か」と聞かれたら計算です。

手が止まりやすいのは、型と練習のしかたがずれているときです。図で考える問題を語の暗記で準備していると、用語は全部知っているのに答えられない、ということが起こります。フェーン現象のように、語としても、図としても、計算としても出る内容は、3 つの型それぞれで一度ずつ練習しておきます。

共通テストに向けた学び方

共通テストの形式では、文章や図表を読んで選ぶ問題が中心になります。そこで、同じ範囲を 3 回に分けて、目的を変えながら通します。

1. 1 周目は番号の順に通して、語と図を一通り手に入れます。全部を覚えてから次へ進もうとすると、後半の単元に届かなくなるからです。
2. 2 周目は型ごとに通します。計算の一覧だけを解く日、図を描くだけの日、語だけを確かめる日に分けると、自分の弱い型が見えます。
3. 3 周目は領域をまたぎます。図1の矢印を 1 本選び、その両端の単元を続けて説明します。図や表を読み取る問題は、この段階でまとめて解きます。

例題で解き方を確かめる

例題1 用語を領域に振り分ける

次の語は、4 つの領域のどれに入りますか。ア 初期微動継続時間、イ 偏西風、ウ 黒点、エ 液状化。

1. それぞれの語を一言で言い直します。いきなり領域を考えるより、何の話かを短く言うほうが迷わないからです。アは地震の揺れが届く時間の差、イは中緯度の上空を西から東へ吹く風、ウは太陽の表面で温度の低い部分です。
2. 起きている場所で分けます。領域は主に場所で決まるからです。アは地面の中を伝わる波の話、イは空の話、ウは太陽の話です。
3. 暮らしへの被害を指す語かどうかを確かめます。エの液状化は地震の揺れで地盤が液体のようになる現象で、原因は固体地球にありますが、語そのものは地盤の被害を指すので環境と災害に置きます。

答え: ア 固体地球、イ 大気と海洋、ウ 宇宙と地球史、エ 環境と災害。

例題2 年代の帯を読み取る

図2のように、地球の歴史約 46 億年を長さに比例させて帯に描きました。先カンブリア時代は全体の約何 % ですか。また、新生代は全体の約何 % ですか。

1. 図2から、帯の左端が約 46 億年前、先カンブリア時代の右端が約 5.4 億年前であることを読みます。割合を出すには、全体の長さと部分の長さの 2 つが必要だからです。
2. 先カンブリア時代の長さを引き算で求めます。46 − 5.4 = 40.6 で、約 40.6 億年です。図の目盛りは「何年前か」を示していて、長さそのものではないからです。
3. 全体で割って 100 を掛けます。40.6 ÷ 46 × 100 を計算すると約 88.3 です。
4. 新生代は約 6600 万年前からなので、単位をそろえて 0.66 億年と書き直します。億と万が混ざったまま割ると、桁を間違えるからです。0.66 ÷ 46 × 100 を計算すると約 1.4 です。

答え: 先カンブリア時代は約 88%、新生代は約 1.4%。

ノートの分量と実際の時間の長さは、ほとんど逆になっています。三葉虫も恐竜も人類も、図2の右端の細い部分に入ります。

例題3 領域をまたいで同じ計算を使う

地表の気圧を 1013 hPa とします。(1) 高度約 11 km の気圧はおよそいくらですか。(2) 半減期を 5 億年とする放射性同位体が、もとの量の 25% に減っている岩石は、およそ何年前にできましたか。

1. 何が半分になるかを確かめます。気圧は約 5.5 km 上がるごとに約半分、放射性同位体は半減期ごとに半分になります。領域は違っても、どちらも「一定の幅ごとに半分」という同じ型だと気づくと、解き方を 2 通り覚えずにすむからです。
2. 半分になった回数を数えます。(1) は 11 ÷ 5.5 = 2 で 2 回、(2) は 100% から 50%、50% から 25% で 2 回です。
3. 回数の分だけ計算します。(1) は 1013 ÷ 2 ÷ 2 = 253.25 なので、目安として約 250 hPa です。(2) は 5 億年 × 2 = 10 億年です。

答え: (1) 約 250 hPa、(2) 約 10 億年前。

例題4 矢印をたどって説明する

地球全体では受け取る放射と出ていく放射がつり合っているのに、赤道付近は熱くなり続けず、極付近も冷え続けないのはなぜですか。「緯度」「熱」「大気と海洋」の語を使って説明してください。

1. 図1のどの矢印の話かを決めます。太陽放射の矢印の先、宇宙から大気と海洋へ向かう部分です。どの単元の知識を使うかが、ここで 20 と 21、22 に絞られます。
2. 原因を 1 文で書きます。低緯度では吸収する太陽放射が出ていく地球放射より多く、高緯度ではその逆になります。問題文の「つり合っている」は地球全体の話で、緯度ごとにはつり合っていないことを最初に示すためです。
3. 結果を 1 文で書きます。その過不足を埋めるように、大気と海洋の流れが熱を運びます。原因と結果を分けて書くと、答案の要素が抜けにくくなります。

答え: 緯度によって受け取る熱と失う熱に過不足があり、その差を埋めるように大気と海洋の流れが熱を低緯度から高緯度へ運んでいるからです。

まちがえやすいところと直し方

0.65 と 1 と 0.5 を取り違える

誤った書き方: 「ふもとで 20℃ の空気のかたまりが雲をつくらずに 1000 m 上昇すると、0.65℃/100 m で 6.5℃ 下がり、13.5℃ になる」

どこが違うか: 約 0.65℃/100 m は、対流圏の周りの大気で、高さとともに気温が下がる平均の割合です。持ち上げられた空気のかたまりは、周りと熱をやりとりせずに膨張して冷えるので、断熱減率を使います。18 の数字と 19 の数字が同じ「100 m あたり」の形をしているために混ざります。

正しい書き方: 「雲ができるまでの空気のかたまりは約 1℃/100 m で下がるので、1000 m で約 10℃ 下がり、約 10℃ になる。雲の中では約 0.5℃/100 m で下がる」

オゾン層と温暖化を 1 つの話にする

誤った書き方: 「フロンでオゾン層が壊れて太陽の熱が入りやすくなり、地球温暖化が進んだ」

どこが違うか: オゾン層は成層圏で太陽の紫外線を吸収する層で、壊れて問題になるのは紫外線の増加です。温暖化は、温室効果ガスが地表からの地球放射を吸収する量が増えることで進みます。図1ではどちらも環境と災害に集まるので、同じ話に見えてしまいますが、たどる矢印は別のものです。

正しい書き方: 「オゾン層の破壊はフロンなどが原因で、地表に届く紫外線が増えることが問題になる。地球温暖化は二酸化炭素などの温室効果ガスが増え、地球放射を吸収する量が増えることで進む」

復習ノートに間違えた単元だけを書く

誤った書き方: 「24 の台風の問題を間違えた。24 をもう一度読む」

どこが違うか: 台風が発達するエネルギーは水蒸気が凝結するときに放出される潜熱で、これは 19 で学ぶ内容です。24 だけを読み直しても、原因には届きません。図3のように、前の単元へ戻る矢印を自分で引いて直します。この図では、06 の地震の分布から 03 のプレート境界へ、24 の台風から 19 の潜熱へ、28 の温暖化から 20 の温室効果へ戻しています。

正しい書き方: 「台風がなぜ発達するかを説明できなかった。19 の潜熱まで戻り、説明し直す」

用語のまとめ

テストの前には、語を見て一言で言えるかを確かめてください。

練習問題

練習1 次の問いは、覚える語、図で考える問題、計算のどの型ですか。また、4 つの領域のどれに入りますか。(1) 地層の年代を決める手がかりになる化石を何というか。(2) ある地点の初期微動継続時間から、震源までの距離を求める。(3) 冬に日本海側で雪が多くなるのはなぜか。

練習2 次の値を求めてください。(1) 同じ経線上の 2 地点の緯度の差が 9°、2 地点の間の距離が 1000 km のときの地球の全周。(2) 初期微動継続時間が 8 秒の地点の震源までの距離（k を 7 km/s とする）。(3) M6 の地震に対する M8 の地震のエネルギーの倍率。

練習3 太陽定数は 1.37 kW/m²、反射率は 30% として考えます。地球の表面全体で平均すると、1 m² あたりが受け取る太陽放射はおよそいくらですか。

練習4 日本付近で地震が多く、火山も多いのはなぜですか。「プレート」の語を使って 2 文で説明してください。

答えと解説

練習1 (1) 示準化石で、覚える語、宇宙と地球史です。(2) 計算で、固体地球です。(3) 図で考える問題で、大気と海洋です。問いの終わり方を見ると、(1) は「何というか」、(2) は「求める」、(3) は「なぜか」で、型がそのまま読み取れます。

練習2 (1) 1000 × 360 ÷ 9 = 40000 で、約 4 万 km です。(2) D=kT より 7 × 8 = 56 で、約 56 km です。(3) M が 2 増えるので 1000 倍です。約 32 倍を 2 回掛けると 1024 になり、およそ 1000 倍であることも確かめられます。

練習3 約 0.24 kW/m² です。まず反射されない 70% を残して 1.37 × 0.7 とし、次に 4 で割ります。太陽の光を受ける面積は地球と同じ半径の円の面積ですが、球の表面積はその 4 倍あるからです。計算すると 0.23975 で、四捨五入して約 0.24 になります。

練習4 海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む境界に日本列島があり、境界にたまったひずみが解放されるときに地震が起こります。沈み込んだプレートから放出された水によってマントルの一部がとけてマグマができ、火山ができます。図1の地震・噴火の矢印は、どちらもこのプレートの沈み込みから始まっています。

次の単元へのつながりと確かめ方

ここから先に新しい単元はありません。次に開くのは 01 ではなく、図3のように自分で引いた矢印の先の単元です。全部を最初から読み直すより、矢印の先を 1 つ直して、もとの問題を解き直すほうが、同じ時間で確かめられる範囲がはっきりします。

テスト前の 5 分で試せる確かめを 2 つ挙げます。1 つ目は、白い紙に 4 つの箱を描き、図1を見ずに 6 本の矢印とその語を書き入れることです。書けなかった矢印の両端の単元が、次に読む単元です。2 つ目は、計算の一覧の「使う関係」の列を隠し、単元名だけを見て式を言うことです。言えなかった行に印をつけておきます。

個別指導では、間違えた問題の単元ではなく、その原因になっている前の単元まで戻り、お子さまが自分の言葉で説明できるかを確かめます。

まとめ

卒業アルバムの同じ顔を別のページで見つけるように、二酸化炭素を先カンブリア時代の海でも現在の温暖化でも見つけ、潜熱を雲でも台風でも見つけられるようになると、範囲全体の問題でも手が止まらなくなります。試験の前に開く地図は、自分の手で矢印を引いたものがいちばん頼りになります。ノートのページは 30 に分かれていても、地球に単元の切れ目はありません。