地震波と走時曲線
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「地学」の内容 (1) ア (ｲ) ㋐「地球の内部構造」。
内容の取扱いは「走時曲線を扱い，地震波トモグラフィーにも触れること」を求めている。
0. どういう論点か
地球内部の層構造は、地震波の到達時刻という 1 種類の観測から組み立てられました。
どの観測がどの結論を出したかを対にして覚えます。
| 観測 | 結論 |
|---|---|
| 走時曲線が途中で折れ曲がる | 下に速い層がある → モホ面（地殻の厚さ） |
| 103°〜143° に P 波が届かない帯がある | 核があり、そこで波が曲げられている |
| S 波が 103° より遠くへ届かない | 外核が液体 |
| 143° より遠くに弱い P 波が届く | 内核が固体 |
| 速さが標準より速い／遅いずれ | 内部の温度分布（地震波トモグラフィー） |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- 走時曲線の傾きの逆数が速度（傾きそのものではない）
- 折れ曲がり点より近い観測点では直接波が先、遠い観測点では屈折波が先に着く
- 地震波の速さは、硬い（剛性が大きい）ほど速く、温度が高いほど遅い
1. 走時曲線の読み方
根拠: 学習指導要領 地学-(1)-ア-(イ)-㋐
走時は地震波が観測点に届くまでにかかった時間、走時曲線は震央距離に対して
走時をとったグラフです。
走時曲線とは、何を何に対してとったグラフ？
震央距離（横軸）に対する走時＝波の到達までの時間（縦軸）
観測点を並べると 1 本の曲線になる。
走時曲線の傾きから何が分かる？
傾きの逆数が、その波の見かけの速度
傾きが小さい（寝ている）ほど速い波。
浅い地震の走時曲線は、震央距離が 200 km 付近で折れ曲がる。何を示す？
地殻の下に、地震波がより速く伝わる層（マントル）があること
深い層を通った波が、途中から先に到達するようになる。
折れ曲がり点より近い観測点・遠い観測点では、それぞれどちらの波が先に届く？
近い観測点は直接波（地殻の中を直進した波）、遠い観測点は屈折波（マントルを通った波）
遠回りでも速い層を通ったほうが早く着く。
走時曲線の折れ曲がる距離が分かると、何が計算できる？
地殻の厚さ（モホ面の深さ）
上下の層の速度と折れ曲がり点の距離から求められる。
モホ面（モホロビチッチ不連続面）は、どのように発見された？
1909 年、走時曲線が折れ曲がることをモホロビチッチが見いだした
地殻とマントルの境界。
初期微動継続時間から震源距離を出す式（大森公式）は？
震源距離 = k × 初期微動継続時間（k は約 6〜8 km/s）
P 波と S 波の速度差から出てくる関係。
2. 地球規模の走時が示す核
根拠: 学習指導要領 地学-(1)-ア-(イ)-㋐
震央距離 103°〜143° に地震波（P 波）がほとんど届かない帯を何という？
シャドーゾーン（暗帯）
核で波が屈折・反射するためにできる。
シャドーゾーンの広がりから何が求められた？
核の大きさ（深さ約 2900 km から核が始まること）
グーテンベルクが求めたので、この境界をグーテンベルク不連続面という。
S 波は震央距離 103° より遠くへ届かない。何を示す？
外核が液体であること
S 波（横波）は液体を伝わらない。
143° より遠くに、弱い P 波が届くことは何を示す？
核の内側にさらに硬い層（内核）があり、そこで波が曲げられていること
レーマンが 1936 年に見いだし、内核の存在が分かった。
マントル内で地震波の速度がいったん遅くなる深さ 100〜200 km の層を何という？
低速度層（アセノスフェアにあたる）
融点に近く、やわらかいため波が遅くなる。
3. 地震波トモグラフィー
根拠: 学習指導要領 地学-(1)-ア-(イ)-㋐
地震波トモグラフィーは、多数の地震と観測点の走時のずれを組み合わせて、
内部の速度分布を 3 次元の像として描く方法です。医療の CT と同じ考え方です。
地震波トモグラフィーとは、どんな方法？
多数の地震波の走時のずれを解析し、地球内部の速度分布を 3 次元で描く方法
平均的な層構造からの「ずれ」を見るのがポイント。
地震波の速度が標準より速い領域・遅い領域は、それぞれどんな状態と考えられる？
速い領域は低温（硬い）、遅い領域は高温（やわらかい）
温度が高いと岩石の剛性が下がるため。
トモグラフィーによって見えるようになった構造を 2 つ挙げると？
沈み込んだ冷たいプレート（速い領域）と、上昇する高温のプルーム（遅い領域）
マントル全体の対流の姿が描けるようになった。
トモグラフィーは、地震波の「走時」を平均的な地球モデルと比べる。なぜ差を見る？
差（残差）のほうが、局所的な温度や組成の違いを敏感に表すから
絶対値では平均構造に埋もれてしまう。