共通テスト地学基礎の地球内部とプレート｜断面図と地震の分布から境界を判断する｜武蔵野個別指導塾

震源の深さと地表の距離を対応させ、傾く地震の分布から沈み込みの向きをたどる地球内部の読み方です。

よくあるのは、地震の深さの点を地表の距離順に並べた図を前に、どちらへプレートが沈むのか迷う場面です。点の左右だけを見れば、深さの違いは見落とされます。反対に深さの数字だけを見ても、その点が地表のどの位置に対応するかは決まりません。横の位置と下向きの深さを組にして読み、そこから言えることと言えないことを分けてみましょう。

点の並びから何を判断するか

資料の読み方には、少なくとも3つの型があります。1つ目は地殻・マントル・核の順序と、プレートの範囲を対応させる型です。層の名前を暗記していても、地殻とプレートを同じ厚さのものとみなすと、断面の線の意味を取り違えます。

2つ目は、震源の水平位置と深さの表を断面に置き、深い点がどちら側へ並ぶかを読む型です。震源は地下で破壊が始まった場所で、震央はその真上の地表の位置です。地表の距離は震央の位置を表し、震源までの距離そのものではありません。

3つ目は、矢印で表したプレートの相対運動と震源の分布を照合する型です。互いに近づく矢印と、片側へ深くなる震源の帯が組み合わされれば、沈み込みを考える手掛かりになります。ただし地震はプレートの内部でも起きるので、点を全部境界そのものと決めることはできません。資料にない運動方向や境界の位置を、点だけから断定しないことも判断の一部です。

層と板は違う基準で分ける

図1のように、物質の違いなどに基づいて地球の内部を外側から地殻、マントル、核に分けます。核には外核と内核があります。一方、プレートは地表付近の硬い岩板として考える区分です。地殻と上部マントルの一部を含み、地殻とマントルの境界でプレートが終わるわけではありません。

図1の横線は模式的な境界で、各層の厚さを実際の比率で描いたものではありません。地殻の下にあるマントル全体が液体というわけでもありません。固体のマントルは長い時間をかけてゆっくり流動します。外核は液体、内核は固体と考えられていますが、この図では核をまとめています。

プレートの境界には、離れる場所、近づく場所、横にすれ違う場所があります。近づく境界では、一方が他方の下へ沈み込むことがあります。水平に見た矢印と、縦に切った断面の両方を見ると、どの向きに動き、どちら側へ深くなるのかを区別できます。

断面図の深さは、問題で決めた基準面から鉛直下向きに測ります。以下の資料では、地表を深さ 0 km とする平らな模式断面を使います。横軸の位置は断面上の基準点から右向きの距離です。現実の地表の高低や地球の曲率を無視する条件で、実測記録ではありません。深さ 80 km は深さ 20 km より図の下に置きます。右側にあることと、深いことは別の情報です。

基本例題：位置と深さを組にする

次は架空の断面上の地震を表した自作資料です。地表の基準点 O から右向きの距離を x、地表からの深さを d とします。表の点は震源で、断面と地表は平らです。2枚のプレートは互いに近づき、点の帯は沈み込むプレートに沿うものとします。

A から C に向かう水平距離の差と深さの差をそれぞれ整数で求め、帯が左右どちらへ深くなるか答えてください。さらに、その帯に沿うプレートはどちら側の下へ沈むと考えられるか答えてください。

図2のように、まず点の横位置を x の値で決め、次に地表から下へ d の値をとります。A の 40 km と 20 km を別々の点として扱わず、1組の座標として置くことが大切です。横軸と縦軸は表示上の縮尺が異なるため、見た目の角度をそのまま実際の傾きとしません。

水平距離の差は 160 − 40 = 120 km です。深さの差は 80 − 20 = 60 km です。右に 120 km 進む間に 60 km 深くなるので、この帯は右側へ深くなります。問題で帯が沈み込むプレートに沿うと与えているため、左側から右側のプレートの下へ沈むと考えられます。

途中の B も確かめます。A から B までは右に 100 − 40 = 60 km、深さは 50 − 20 = 30 km 増えます。B から C も右に 160 − 100 = 60 km、深さは 80 − 50 = 30 km 増えます。2区間で同じ変化なので、与えられた3点は直線上に並びます。C から逆に左へ 120 km、浅い方へ 60 km 戻すと A の位置と深さになり、差の取り方も照合できます。

深さの増加を水平距離の増加で割ると 60 / 120 = 1 / 2 です。これはこの資料の深さの変化と水平距離の変化の比であり、角度そのものではありません。地表の距離と地下の深さの両方に km を使っているので、比には単位が残りません。傾斜角を求める問題ではないため、この比を角度に言い換える必要はありません。

点が右へ深くなるという観察と、左側のプレートが沈むという解釈を分けて書きます。後者には「帯が沈み込むプレートに沿う」という問題の条件が必要です。点が3つ並ぶだけでは、境界線の正確な位置や地震がプレートのどの部分で発生したかは確定しません。

分布と矢印がそろわないとき

別の自作資料を考えます。平らな地表の基準点から右向きの位置 x と深さ d を km で示したところ、震源 P は (30, 100)、Q は (90, 70)、R は (150, 40) でした。プレートの相対運動は示されていません。P から R への水平距離と深さの変化を整数で求め、沈み込みの向きについて資料から判断できる範囲を述べてください。

水平距離は 150 − 30 = 120 km 増え、深さは 40 − 100 = -60 km 変化します。負の値は右へ進むと浅くなることを表します。言い換えれば、左へ進むと深くなる帯です。逆に R から左へ 120 km、下へ 60 km 進めば P の (30, 100) に戻ります。

この並びは左側へ傾く沈み込みの帯と整合します。しかし、矢印も帯とプレートの関係も与えられていないため、沈み込みが起きているとこの表だけから確定することはできません。もし追加資料で2枚が近づき、この帯が沈み込む側に沿うと示されれば、右側から左側の下へ沈むと判断できます。追加条件の有無が、観察の記述と運動の結論を分けるポイントです。

Q は P から右へ 60 km、深さは 30 km 小さい位置にあります。R へも同じ変化です。直線的な並びを確認できても、それは与えられた3点の関係です。点と点の間のすべての場所で地震が起きたことや、帯の外で地震が起きないことまでは示しません。測定されなかった点を勝手に補わず、資料が示す範囲で表現します。

誤った読みを修正する

図3のように「右側の点だから深い」と考えると、横位置を深さに置き換える誤りになります。図の2点は右側が浅く、左側が深い配置です。原因は、右向きの距離と下向きの深さを同じ方向の大小として扱うことです。各点から地表に鉛直な線をたどり、対応する深さを別に読むと修正できます。

別の誤答は「震源はすべてプレート境界上なので、点を結べば境界が確定する」です。震源はプレート内部にも分布し得ます。分布は構造を考える手掛かりですが、境界そのものとの対応は別の資料や条件が必要です。点の帯と、境界を示す線が明示されているかを確認しましょう。

さらに「地殻の下はすべてプレートではない」という誤答もあります。地殻の下には上部マントルの一部を含むプレートがあります。物質による層の境界と、硬い板として扱う範囲を同じ線で示していないか、図1に戻って確認します。名称を覚え直す前に、それぞれの区分が何を表すかを言葉にすると混同を減らせます。

自分で読む4問

次の資料はすべて問題用に作った模式資料です。断面は平らで、x は地表の基準点から右向きの距離、d は地表から下向きの深さです。距離と深さの単位はいずれも km とします。答えは数値を整数または正確な分数で示し、向きと理由も記してください。

1. 震源 U、V、W の (x, d) は順に (20, 15)、(80, 45)、(140, 75) です。U から W への水平距離の差、深さの差、深さの差を水平距離の差で割った比を求めてください。また帯はどちらへ深くなりますか。
2. 震源 X、Y、Z の (x, d) は順に (10, 90)、(70, 60)、(130, 30) です。2枚は互いに近づき、震源の帯は沈み込むプレートに沿うとします。どちら側からどちら側の下へ沈むと判断できますか。X と Z の深さの差も求めてください。
3. 上部の硬い板が地殻とその下の上部マントルの一部を含む模式図があります。地殻とプレートは同じ範囲ですか。地殻の直下にもプレートがあるか、理由を添えて答えてください。
4. ある断面の地震は、右側ほど深くなる帯を作っています。プレートの動きや帯とプレートの位置関係を示す資料はありません。「左側のプレートが右へ沈み込んでいる」と断定できるか、観察できることと追加で必要な条件を分けて答えてください。

解答と確かめ方

1. 水平距離の差は 140 − 20 = 120 km、深さの差は 75 − 15 = 60 km です。比は 60 / 120 = 1 / 2 です。右へ行くにつれて深さが増すため、帯は右側へ深くなります。U から右へ 120 km、下へ 60 km 移すと (140, 75) となり、W に戻ります。V も U から右へ 60 km、下へ 30 km で一致します。

2. X から Z へ右に行くと、深さは 90 km から 30 km に減ります。したがって帯は左側へ深くなり、与えられた条件のもとでは右側のプレートが左側の下へ沈みます。深さの差は 90 − 30 = 60 km です。Z から左へ 120 km、下へ 60 km 戻すと X の (10, 90) になり、向きと差が対応します。Y はその中間で、右から左へ 60 km 進むごとに 30 km 深くなります。

3. 同じ範囲ではありません。この図の条件では、プレートは地殻と上部マントルの一部を含みます。よって地殻の直下にもプレートの部分があります。地殻とマントルを分ける線を越えたところで、硬い板がただちに終わるとは考えません。地殻の厚さだけを見て板全体の厚さを決めることもできません。

4. 断定できません。観察できるのは、右側ほど震源の深さが増すという分布です。その分布は右へ沈むプレートと整合しますが、地震はプレート内部でも起こり、震源の帯と板との関係は問題に示されていません。2枚の相対運動や、この帯が沈み込む板に沿うという情報が加われば、向きを検討できます。傾きの方向とプレート運動の結論の間に、必要な根拠があるかを確かめます。

手元に残す要点

• 地殻・マントル・核の区分と、硬いプレートの範囲を分けます。
• 震源の位置と深さを1組として置きます。
• 深さの基準面と横距離の向きをそろえます。
• 深い点が並ぶ向きと相対運動を照合します。
• 点の帯だけでは境界や運動を断定しません。

答案のどこで迷っているか

座標を逆に置く人には、表の1行を選び、震央の位置から鉛直下へ深さを測る操作を確かめます。差の符号が逆になる人には、右へ移動した前後の深さを順に引いてもらい、負なら浅くなると図に戻して説明してもらいます。正しい図を描けても運動の結論が飛躍する場合は、点から直接読める事実と、問題文で与えられた条件に別々の印を付けます。

個別指導では、どの線が地殻とマントルの境界で、どの範囲がプレートかを本人の言葉で示してもらうと、名称の混同を見つけられます。深さの点を結ぶ前に、地表の基準と各点の組をそろえることで、断面の読みは筋道を持ちます。

図の左右を反転して示されたときにも、先に基準点と距離が増える向きを確認します。右が東、左が西と示された資料なら、その方位を使って深くなる方向を言い換えられます。方位が示されていなければ東西を補わず、図の左右で答えます。また、横と縦の縮尺が違えば点の帯は見かけ上急にも緩やかにも描けます。深さの差と水平距離の差を数値で比べれば、描画上の印象に左右されません。