高校地学基礎 海洋底拡大の証拠—年代と縞模様からプレートの移動を読み取る｜武蔵野個別指導塾

海嶺からの距離と岩石の年代、地磁気の縞を対応させ、片側の移動速度を求める手順を海洋底拡大の証拠に結びます。

よくあるのは、海嶺を挟む両側の距離を足し、そのまま片側のプレートの速さを求めてしまう場面です。図には両側の岩石が描かれていても、片側の移動を問われたら出発点は海嶺です。学校の範囲表を見て、授業ノートの海嶺の図、ワークの距離の測り方、小テストの単位を確かめてから取り組みましょう。距離の両端に印を付け、何年間の移動かを書き添えると、資料の意味が見えてきます。

海底の資料で問われること

出方の一つは、海嶺からの距離と海洋底の岩石の年代を比べ、どこで新しい海洋底がつくられたかを説明する問題です。資料の左右の向きだけでなく、海嶺の位置を基準として読む必要があります。年代が示すのは岩石ができてからの時間であり、海水の年齢ではありません。

もう一つは、海嶺を挟む地磁気の縞模様を読み、対称な並びが何を支持するかを記述する問題です。観察できる縞の配置と、そこから考える海洋底の移動を分けると、説明の根拠が明確になります。縞の色を見ただけで年代の大小を決めるのではなく、中心からの並びと問題文の凡例を使います。

さらに、距離と年代から平均の移動速度を計算する問題があります。片側の速さなのか、両側が離れる速さなのかを区別し、割り算の後に単位を変換します。資料に条件が足りない場合は、計算を続けず、何が不足しているかを示すことも大切です。

新しい海底と磁気の記録

海嶺付近では、上昇したマントルの物質の一部が溶けて生じたマグマから、新しい海洋地殻がつくられます。海洋プレートは海洋地殻とその下のマントル最上部を含みます。地殻とプレートを同じものとして扱わず、岩石の年代を、プレートが移動したことを考える手掛かりにします。

図1のように、海嶺に近い海洋底は新しく、離れた場所ほど古いという傾向が見られます。これは、海嶺でつくられた海洋底が両側へ運ばれるという考えと整合します。ただし、図は関係を示す模式図であり、実際の距離や年代を測る縮尺図ではありません。年代の傾向は資料から読み取り、移動はその傾向を説明する解釈として書きます。

図1の左右に並ぶ帯は、海洋底の岩石に残った磁化の向きを模式的に表します。地磁気の向きは過去に何度も逆転しており、海嶺でできた岩石が冷えると、その当時の地磁気の向きに対応する磁化が記録されます。向きの異なる帯が海嶺にほぼ平行に並び、両側で対応することは、海底が海嶺から両側に広がったという考えを支持します。

縞が似ていることは観察、同じ時期に海嶺付近でできた岩石が離れたというのは解釈です。縞の幅はその時期の長さや移動速度にも関係するため、幅だけから一方を決めることはできません。欠けた部分やずれがある資料では、見えている範囲と凡例を確かめてから対応を判断します。

海洋底の拡大とは別の手掛かりとして、マントル深部から高温の物質が上昇するプルームと、その上に形成されることがあるホットスポットがあります。プレートが移動すると火山の並びを説明する手掛かりになりますが、ここでは概念にとどめます。

基本例題: 片側の距離を選ぶ

次は計算用に作ったモデルです。海嶺で同時につくられた左右の岩石が、一定の速さで対称に離れたとします。岩石の年代は 400万年、対応する左右の岩石間の距離は 240 km です。海嶺から片側の岩石までの平均移動速度を cm/年 の整数で求めてください。

図2のように、240 km は岩石から岩石までの両側の距離です。対称に移動したという条件から、海嶺から片方までの距離はその半分です。対称という条件がなければ、両側の距離だけで片側ずつの距離を決められません。

図2の海嶺を出発点とし、右側の岩石を終点にします。まず距離を求めます。

240 km ÷ 2 = 120 km

次に、片側の距離を、その岩石ができてからの時間で割ります。400万年は 4,000,000 年です。

120 km ÷ 4,000,000 年 = 0.00003 km/年

1 km = 100,000 cm なので、単位を変えます。

0.00003 km/年 × 100,000 = 3 cm/年

答えは 3 cm/年です。両側の距離を使った場合は 240 km ÷ 4,000,000 年 = 6 cm/年となり、これはモデルで左右が互いに離れる速さです。片側の速さとは求めている量が違います。

答えを場面に戻します。3 cm/年で 4,000,000 年移動すると 12,000,000 cm、つまり 120 km です。左右が同じ距離を移動すれば合計 240 km となり、与えられた岩石間の距離に戻ります。計算結果が正しくても、出発点と終点を取り違えていないかまで確かめましょう。

条件を分けて考える例題

別の計算用モデルで、海嶺から西の岩石までが 90 km、東の同年代の岩石までが 150 km です。どちらも 300万年前に海嶺ででき、その後それぞれ一定の速さで移動したとします。西側と東側の平均移動速度をそれぞれ cm/年 の整数で求め、両側が離れる速さも答えてください。

ここでは左右の距離が異なるので、岩石間の距離を半分にしてはいけません。西は 90 km、東は 150 km と、それぞれ海嶺から測った距離をそのまま使います。時間は両方とも 3,000,000 年です。

西側: 90 km ÷ 3,000,000 年 = 0.00003 km/年 = 3 cm/年

東側: 150 km ÷ 3,000,000 年 = 0.00005 km/年 = 5 cm/年

両側が離れる速さは、反対向きの移動なので 3 + 5 = 8 cm/年です。戻して確かめると、西は 3 × 3,000,000 = 9,000,000 cm = 90 km、東は 5 × 3,000,000 = 15,000,000 cm = 150 km です。合計 240 km を 300万年で離れる速さも 8 cm/年となり、両方の条件に合います。

判断の分かれ目は、左右が対称と与えられているか、片側ずつの距離が与えられているかです。両側の距離と年代だけが与えられ、対称とも片側の距離とも書かれていない場合、両側が離れる平均の速さは求められても、それぞれの片側の速さは一意に決まりません。左右の分担には複数の可能性があるからです。

間違いを答案で直す

基本例題で「240 ÷ 400万年から、片側は 6 cm/年」と答えたとします。計算そのものは両側が離れる速さを表しますが、求める量との対応が誤りです。図3のように、距離の両端を確認し、海嶺から片方への距離を選んでから割ります。対称の条件を使えば 120 km なので、片側は 3 cm/年です。

図3では、上の矢印が両側、下の矢印が片側を表します。距離の値だけでなく矢印の端を見直すことが修正の第一歩です。両側の距離を半分にする操作は、左右が等しく移動したという条件がある場合に限ります。

「海嶺から遠いほど新しい」という誤答も、出発点を取り違えています。海嶺でできた海底が運ばれるモデルでは、長い時間運ばれた岩石ほど遠くにあります。資料の年代を先に確認し、「遠い所でつくられた」と決めつけず、年代の傾向と移動の説明を結び付けます。

また「同じ色の縞は海水が同時に着色した跡」という説明では、磁化を残す主体が抜けています。岩石ができた当時の地磁気の向きに対応する磁化を記録したこと、対応する縞が海嶺の両側に並ぶことを記します。縞の対応だけから、数値のない移動速度を読み取ることはできません。

資料の一部が欠けているときは、残った情報から言える範囲を明示します。例えば、海嶺の片側に新しい岩石と古い岩石があることは読み取れても、反対側の縞の対応が示されていなければ、その資料だけで両側の対称性を確かめることはできません。既に知っている一般的な傾向と、その問題の資料から直接読める事実を混ぜないようにします。

年代が書かれていても、距離の基準点が不明なら移動速度の式を確定できません。目盛りの端が海嶺なのか岩石なのか、距離が片側なのかを調べ、それでも不明なら必要な条件を答えます。条件を勝手に補って計算すると、もっともらしい数値でも根拠のない答案になります。

縞の図では、海嶺から外側へ順番にたどる線を指で追い、反対側も同じようにたどります。左右を紙面上の同じ向きに読むと、一方では海嶺から遠ざかり、もう一方では海嶺に近づくことになります。比較する向きをそろえるだけで、対応関係の読み違えを防げます。

縞の幅が左右で異なるときも、色の並びと距離を別々に確かめます。幅の違いだけを理由に、対応する磁化の向きまで異なると判断しないようにしましょう。

自分で試す問題

次の数値と配置は練習用に作った条件です。実際の観測値ではありません。それぞれ、求める量と根拠を答案に書いてください。

1. 海嶺から片側の岩石まで 160 km、岩石の年代が 800万年です。岩石は海嶺でできて一定の速さで移動したとします。平均移動速度を cm/年 の整数で求めてください。
2. 対称に移動した同年代の岩石が海嶺の両側にあり、岩石間は 360 km、年代は 600万年です。片側の平均移動速度と両側が離れる平均の速さを、それぞれ cm/年 の整数で求めてください。
3. 海嶺から左側へ向かう順に、岩石の年代が新しい順に A、B、C と並びます。右側にも対応する縞があり、同時期の縞を同じ文字で表します。右側を海嶺に近い順に並べ、その並びが海洋底の拡大を支持する理由を「海嶺」「両側」の語を使って説明してください。
4. 同じ年代の左右の岩石間は 200 km、その年代は 500万年です。左右の移動距離や対称性は与えられていません。両側が離れる平均の速さを cm/年 の整数で求め、片側の速さを決定できるか理由とともに答えてください。

解答と確かめ

1. 160 km ÷ 8,000,000 年 = 0.00002 km/年 = 2 cm/年です。2 cm/年で 8,000,000 年進むと 16,000,000 cm = 160 km となり、海嶺からの距離に戻ります。年代は片側が運ばれた時間として使います。

2. 対称なので片側の距離は 360 ÷ 2 = 180 km です。180 km ÷ 6,000,000 年 = 0.00003 km/年 = 3 cm/年です。両側が離れる速さは 3 + 3 = 6 cm/年です。各側が 600万年で 180 km 移動し、合計 360 km になるので、もとの距離と一致します。

3. 右側も海嶺に近い順に A、B、C です。同じ時期の磁化を記録した縞が海嶺の両側に対応して並ぶことは、新しい海底が海嶺でつくられ、両側へ運ばれたという考えを支持します。実際の資料では凡例を読み、文字に相当する磁化の向きの対応を確認します。

4. 200 km ÷ 5,000,000 年 = 0.00004 km/年 = 4 cm/年です。4 cm/年で 500万年離れると 20,000,000 cm = 200 km に戻ります。片側の速さは決定できません。左右の速さの合計は決まりますが、その内訳を決める条件がないためです。例えば左右が同速とは限らず、両側の合計が同じでも片側ずつの値は変わります。

覚えておくこと

海嶺付近でできた海底は、移動するにつれて海嶺から離れます。 岩石の年代と地磁気の縞の対応は、海洋底拡大を考える手掛かりです。 片側の速さは、海嶺から片側までの距離を経過時間で割ります。 両側の距離を半分にできるのは、左右が対称という条件があるときです。 単位をそろえ、得た速さを時間に掛けて元の距離に戻します。

答案のどこで迷ったか

距離の計算が合わないときは、まず式の上に矢印を描き、その両端が海嶺と岩石なのか、左右の岩石どうしなのかを見ます。図の読み取りが正しくても、km から cm への換算で桁を落とすことがあります。単位を式の各行に残すと、読み違いと換算の誤りを分けて直せます。

記述で手が止まるときは、資料に実際に示された年代や縞の並びに線を引き、その下に「そこから考える移動」を別に書きます。個別指導で確かめるなら、答案中の観察の語、移動の向き、速さの分母を順に見て、どこで結び付きが切れたかを言葉にします。海嶺を基準に置くと、証拠と結論の距離が縮まります。