地学 II
1学期 火曜 2限 4月15日から、A202号室
このウェブページは http://macroscope.world.coocan.jp/ja/edu/ris/tigaku/ です。
日程と各回の教材本文へのリンク (順次書きたしていきます)
- 4月15日 (第1回)
- 4月22日 (第2回)
- 4月29日 (第3回)
- 5月13日 (第4回) 天体までの距離、恒星の出す放射と見かけの明るさ、HR図
- 5月20日 (第5回) 恒星の「進化」、銀河、宇宙の膨張、宇宙のはじまり
- [太陽、恒星とその「進化」] (太陽の変動の話題は次回にまわすかもしれない。)
- 小課題: 放射光度が同じで、相当黒体温度 (有効放射温度、「表面温度」) T が 3000 K の星の
半径、表面積、体積は、それぞれ T が 9000 K のばあいの何倍になるか。
計算のすじみちをふくめて答えよ。
- [天体までの距離、銀河、宇宙の膨張、宇宙のはじまり]
- [授業で説明不じゅうぶんだったところの補足]
国立天文台ウェブサイトに『国立天文台ニュース 2025年春号』が出ている。
特集が「初期宇宙を解明する将来の天文学」となっている。
宇宙のはじまりの「ビッグバン」につづいてどんなことがおこったかについてはいろいろな仮説があるが、
どの仮説がただしいのかを検討するためには観測による証拠が必要だ。
そこで、天文学者たちがそれぞれ、どんな観測をすれば何がわかるだろうかを議論している。
- 5月27日 (第6回) 太陽系の天体、地球型惑星と木星型惑星、太陽系外の惑星
- 6月3日 (第7回) 地球の気候システム (大気・海洋・陸水・雪氷) の概観、惑星の気候
- 6月10日 (第8回) 惑星の大気・水圏、地球の (気候システムのうちの) 雪氷圏
- [惑星] (つづき)
{金星・地球・火星} の {大気・水圏}、
液体の水が存在する条件 (いわゆる habiable planet の話題)
- 地球上の生命と同様な、炭素をふくむ高分子による生命がなりたつためには、溶媒としての
液体の水が必要だ。
(その他にどんな生命の形がありうるかよくわからないので、
「生命が存在しうる条件」と「液体の水がある条件」が同一視されることがおおい。)
H2O が液体で存在する温度条件はかぎられている。
- 惑星に到達する主星の放射
(放射照度 = 単位時間・単位面積あたりのエネルギーの流れ)は、
主星の出す放射 (放射光度 = 単位時間あたりのエネルギーの流れ) と
主星からの距離できまる。【中間レポートの出題範囲はここまでだった。】
- 惑星の温度環境は、このほかに、惑星がわのつぎの要因による。
- 惑星が主星からの放射を反射する (のこりを吸収する) 割合。
- 惑星大気中の赤外線を吸収・射出する物質による温室効果。
- 惑星内部に由来する熱源。
- 太陽系では「氷」 (H2O, CO2, NH3, CH4) が、
岩石 (ケイ酸塩)、鉄とともに主要な物質である。
太陽からの距離によって大まかに温度がちがい、どの物質が氷で存在しうるかがちがう。
- これらの物質は、気体ならば温室効果気体だが、
固体ならば太陽からの放射をよく反射するだろう。
- 木星型惑星 (とくに天王星・海王星) にとって「氷」は大きな部分をしめる。
冥王星などの太陽系外縁天体はおもに「氷」でできていると考えられている。
- 太陽から近いところでは、太陽から供給されるエネルギーによって温度が上がり、
H2O や CO2 が揮発してしまい、
地球型惑星にはとりこまれなかった。
地球の大気や海は、岩石 (ケイ酸塩) を主とする微惑星にふくまれていたものが、
地球形成後に「脱ガス」してできたものと考えられている。
火星のCO2やH2O もそうだと考えられているが、
現在はおもに氷の形で地表付近にある (雪氷圏を形成しているといえるだろう)。
- [雪氷圏]
- [NHK (1987) 「氷河期襲来」 (ビデオ)]
- (今回は、市販のDVD (増田が買ったもの) をパソコンで再生します。
昨年度まで見せていたVHSビデオから何度もコピーしたものよりも鮮明です。)
- (番組としては後半の氷期の話に重点があるのですが) 前半の現代の氷河の実写を主に見ます。
- 地形・地質に残る過去の氷河の痕跡 (この話題はすこしだけあつかう)
- 現在の氷河の実写 (グリーンランド氷床、アラスカの氷河とその断面、氷の流動)
- 第四紀の氷期・間氷期サイクル (2万年まえの最終氷期最盛期ほか)
- 推定される原因としての地球の (公転・自転の) 軌道要素の変化 (今回は深入りしない)
- [注] 「氷河期」はいまの学術用語としては適切でない。「氷河時代」と「氷期」をつかいわける。
- (用語補足) [氷河時代、氷期、小氷期 / (勧めたくない用語) 氷河期、小氷河期] (2012-04-24)
- (用語補足) [極地 (北極、南極) の氷] (2014-07-05)
- 雪氷に関しては、7月下旬に「氷雪圏の環境」という授業の集中講義
(森林総合研究所 十日町試験地 竹内 由香里 先生) もあります。
- 6月 17日 (第9回) 放射収支の緯度分布と季節変化、その地球の自転・公転との関係
- 6月 24日 (第10回) 大気の大循環、海洋の大循環 (次回につづく)
- (地球大気のうちの) 成層圏オゾン (O3) の存在、成層圏・中間圏の大気循環の概略
- 太陽放射にふくまれる紫外線のエネルギーによって O2 およびその他の分子の光化学反応がおこり、
O3 ができる。
- 惑星の大気はそれぞれ光化学による成分をふくむはずだが、O3はO2が主要成分である地球大気特有だろう。
- オゾンが太陽放射のうちの紫外線をほとんど全部吸収してしまう。
- 地上のおおくの生物にとって紫外線は有害だが、成層圏オゾンによって保護されている。
- 「オゾン層」 ... オゾン濃度が (微量ではあるが、比較的) 高いところをさす。中心は成層圏の中層。
- 成層圏の中・上層のエネルギー収支の主役は、オゾンの太陽放射 (紫外線) 吸収による加熱と、
二酸化炭素の地球放射 (赤外線) 射出。
- 成層圏は上側が高温なので上側が「軽い」状態にあり、上下の対流がおこりにくい。
- 成層圏の中・上層から中間圏の大気循環の基本は、夏半球で上昇、冬半球で下降。
地球の自転の効果があるので、夏半球で東風、冬半球で西風。さらに大気の波動がくわわる。
- オゾンホール (hole) は、南極大陸上空の (南半球の) 春のオゾン濃度が、1980年代に、
1950年代以来の経験にくらべて異常に低くなった現象。
原因物質として工業製品からの生成物が指摘され、
その物質の排出をつづけるとオゾン減少が全地球規模におよぶことが懸念されたので、
その工業製品の生産・排出が国際的に規制されることになった。
(国際環境政策の話題になるのでここでは深入りしない。)
- [大気と海洋の大循環] (大気の部分をつかい、海洋の部分はとばす)
- 対流圏の大気大循環についての (増田なりの) 要点 [授業で話したことを授業後補足]
- 低緯度の大気大循環の (南北エネルギー輸送の観点での) 主役は、
時間平均・東西全経度平均してもじゅうぶん表現できる南北鉛直循環 (ハドレー循環) である。
【ハドレー循環は水の相変化がなくても生じる構造だが、
現実のハドレー循環の上昇域では水の相変化をともなう対流 (積雲対流) がおきている。】
- 低緯度には熱帯低気圧というものができ、北西太平洋で発生した強い熱帯低気圧が台風とよばれる。
熱帯低気圧の発達には、水の相変化をともなう対流が不可欠である。
熱帯低気圧は激しい現象ではあるが、低緯度の大気大循環の不可欠な要素ではない。
- 中緯度の大気大循環の (南北エネルギー輸送の観点での) 主役は、
温帯低気圧をともなう偏西風の波動である。
ここでは、時間平均・東西全経度平均からのずれが重要である。
【温帯低気圧は水の相変化がなくても生じる構造だが、現実の温帯低気圧の上昇域には雲・降水がともなう。】
- 中緯度の時間平均・東西全経度平均した場で見える南北鉛直循環は、ハドレー循環とは逆まわりである。
しかしこれは南北エネルギー輸送の観点での主役ではない。
- なお、「温帯低気圧」と「熱帯低気圧」は、地上 (つまり対流圏最下層) で 2次元的に見たとき低気圧であるような、
3次元構造のうちの、ふたつの典型的な構造である。
- [海洋の大循環] (次回の準備)
増田の教材用ウェブページの記号
- [*] アクセス制限があります。パスワードで読めるようにします。
- [外] わたしの作成した教材でなく他者によるページへのリンクであることを明示するものです。
(これがなくても他者のページであるばあいもありますが。)
- [用語補足] [補足] わたしのブログ記事へのリンクです。
これまでいろいろなところで授業をしてきて説明しきれなかったことの補足として書いたものが多いです。
書きかたが気まぐれですが、興味のある人は読んでみてください。
(なお、わたしのブログには授業とまったく関係のない話題の記事もあります。)
- [ウェブページでの数式の表現についてのおことわり]
- [ギリシャ文字]
授業の手順について
- 原則として対面授業です。
- 授業関係の連絡を OpenLMS でおこなう予定です。
(特別な事情がないかぎり、簡単なお知らせとレポートうけつけだけです。)
- 授業参加状況を小課題に応答しているかで見ます。(増田単独担当科目では) 出席は成績に関係させません。
- 小課題の答えや中間・期末レポートの受けつけを OpenLMS でおこなう予定ですが、くわしくは未定です。授業中に説明します。
- 教材をこのウェブページに置きます。当日まで改訂します。
当日以後に改訂・補足することもあるかもしれません。
- ウェブページ中「(*)」や「アクセス制限あり」のところのパスワードは授業中に説明します。
シラバスより
授業の目的
「地学I」とあわせて，中学・高校理科の地学分野の対象となる宇宙と地球の科学をだいたいカバーする．「地学 I」がおもに地球内部をあつかうのに対して，「地学 II」は，宇宙・天文と，地球の大気・水圏をあつかう．ただし，エネルギー保存則にもとづくエネルギー循環系としての理解に重点をおく．宇宙・天文では電磁波によるエネルギーの流れ，大気・水圏ではそれにくわえて流体の運動によるエネルギーの流れが重要である。
到達目標
宇宙・天文や大気・水圏についての，中学・高校理科であつかう主題について，エネルギーや質量にかかわる物理量の定量的あつかいに慣れるとともに，基本的なメカニズムを他人(生徒など)に説明できるようになること．
授業計画 (シラバスに書いたもの)
授業の各回と内容との対応は，進行に応じて変更がありうる。
- 【第1回】 序論: 地学のひろがりとこの授業の範囲、空間スケールと時間スケール、物理量の次元とSI単位
- 【第2回】 地球の形と大きさ、天体の見かけの運動、地球の自転と公転
- 【第3回】 物理法則に注目すること、質量保存、エネルギー保存、放射 (電磁波によるエネルギーの流れ)
- 【第4回】 天体までの距離、恒星の出す放射と見かけの明るさ、HR図
- 【第5回】 恒星の「進化」、銀河、宇宙の膨張、宇宙のはじまり
- 【第6回】 太陽系の天体、地球型惑星と木星型惑星、太陽系外の惑星
- 【第7回】 地球の気候システム (大気・海洋・陸水・雪氷) の概観
- 【第8回】 全地球平均での気候システムの放射収支、温室効果の初歩的理解
- 【第9回】 放射収支の緯度分布と季節変化、その地球の自転・公転との関係
- 【第10回】 大気の大循環、海洋の大循環
- 【第11回】 地球上の水循環、雪氷圏、海と陸があることによる気候の特徴
- 【第12回】 エネルギー収支からみた気候の変化、地球温暖化と氷河時代
- 【第13回】 地球の大気成分 (とくに二酸化炭素) ・雪氷・気候の歴史、金星や火星との比較
授業実施形態
講義を主とし、期末と中間のレポートを出題する。小課題を出題することがある。図を参照するため、高校地学用の図集を教科書に指定する。(旧版や他社の図集でもよいが対応箇所は各自さがしてほしい。)
授業外学修内容
物理量(単位のついた数量)の扱いに慣れるための小課題を出すので次の授業開始時までに答えること．授業で扱う主題のすべてを講義では話しきれないので，自発的に本を読むなどして学習すること (参考となる本の例はシラバスに示すほかにも授業中に示し教材ウェブサイトにリストを置く)．60時間以上の授業外学修時間を確保すること．
成績評価の方法
期末および中間のレポートに現われた学習到達度(合計60%)と小課題の回答提出状況(40%)によって総合的に評価する。
シラバスで「教科書」としたもの
図を参照するため、高校地学用の図集を利用する。教材ウェブページでは『図録』とよぶ。
2024年度に指定したものと同じ。(2023年度以前とは変えた。)
- 数研出版 編集部 編, 2022: 『[新課程] (視覚でとらえる フォトサイエンス) 地学図録』。東京・京都: 数研出版, 224 pp. ISBN 978-4-410-29094-7.
旧版や他社 (第一学習社、浜島書店) の図集との対応は、つぎのページおよびそこからのリンクさきを見てほしい。
読むことをすすめる本
授業を補足したりそこから発展するために、入門教科書レベルの本をいろいろ読みましょうという趣旨です。
かならずこれを読めという指定はありません。
シラバスで「指定書」としたもの
大学の図書館にあるはずです。(『一般気象学』は1999年版でもかまいません。)
- 半田 利弘, 2011: 『基礎からわかる天文学』。誠文堂新光社。978-4-416-21132-8.
[読書メモ]
... 天文学の大学初級の教科書です。数式は少なめです。
見かけの天体の動きについてはくわしくありません。
- 小倉 義光 (初版 1984) 第2版 1999, 第2版 補訂版 2016: 『一般気象学 第2版 補訂版』。東京大学出版会, 308 pp. ISBN 978-4-13-062725-2.
[読書ノート]
[第2版の目次書きぬき]
[補訂版の読書メモ]
... 気象学の定番といわれる教科書です。なかみがつまった本です。
- 地学読本刊行小委員会, 2009: 『地学は何ができるか』。愛智出版。ISBN 978-4-87256-414-3. [本の紹介ページ]
... 大気の章をわたしが書きました。この授業の内容とかさなるところがあります。
宇宙の章も参考になると思います。
- 松山 洋、増田 耕一 編, 2021: 『大気と水の循環』。朝倉書店, 136 pp. ISBN 978-4-254-16076-5.
[読書メモ]
... わたしが半分ほどを書いた本です。この授業の内容とかさなるところがあります。
地球温暖化についてはくわしくありません。
- 岡村 定矩 [さだのり]、芝井 広 監修、縣 [あがた] 秀彦 編著, 2022:
『すべての人の天文学』。日本評論社, 257 pp. ISBN 978-4-535-78946-3.
... 天文学の大学初級の教科書で、おおぜいの著者によって広い範囲をカバーしたものです。
[読書メモ]
- Andrew King 著 (2012), 中田 好一[よしかず] 訳, 2013:
『星 -- 巨大ガス球の生と死』 (サイエンス・パレット SP-010)。丸善出版。
... 恒星でおこっている原子核反応と、恒星の「一生」あるいは「進化」についての解説。
[読書メモ]
- 佐々木 貴教, 2017: 『「惑星」の話』。工学社。
... 惑星科学の入門書。著者は太陽系形成論の研究者。
[読書メモ]
- ダニエル・フライシュ [Fleisch]、ジュリア・クレゲナウ [Kregenow] 著 (2013) 河辺 哲次 訳, 2014:
『算数でわかる天文学』。岩波書店, 254 pp.
ISBN 978-4-00-730989-2.
... 天文に関する数量の計算に、四則演算でせまる本。
[読書メモ]
- 杉本 憲彦、杵島 [きしま] 正洋、松本 直記, 2020:
『はじめて学ぶ 大学教養地学』。慶應義塾大学出版会, 318 pp.
ISBN 978-4-7664-2662-5.
... 高校地学とだいたい同じ範囲をカバーした大学初級教科書。
[読書メモ]
- 渡部 雅浩, 2018:
『絵でわかる 地球温暖化』。講談社, 185 pp. ISBN 978-4-06-511946-4.
... 地球温暖化の話題を中心とした、気候の変化・変動についての入門書。
[読書メモ]
シラバスで「参考書」としたもの
- 鎌田 浩毅 [ひろき], 蜷川 [にながわ] 雅晴, 2024: 『みんなの高校地学』 (ブルーバックス B2279)。講談社, 342 pp. ISBN 978-4-06-537797-0.
[読書メモ]
- 保坂 直紀, 2003: 『謎解き 海洋と大気の物理』 (ブルーバックス B1414)。講談社, 282 pp. ISBN 4-06-257414-4.
[読書メモ]
- 阿部 豊, 2015, 文庫版 2018: 『生命の星の条件を探る』。文藝春秋, 266 pp. ISBN 978-4-16-791095-2.
[読書メモ]
- 田近 英一, 2019: 『46億年の地球史』(知的生きかた文庫 た76-1) 三笠書房, 253 pp. ISBN 978-4-8379-8575-4.
[読書メモ]
- 片山 真人 [まさと], 2022: 『知れば知るほど面白い 暦の謎』 (知的生きかた文庫 か/72-1)。三笠書房, 206 pp. ISBN 978-4-8379-8763-5.
[読書メモ]
[旧版 『暦の科学』の読書メモ]
- 大河内 直彦, 2008, 文庫版 2015: 『チェンジング・ブルー -- 気候変動の謎に迫る』(岩波現代文庫)。岩波書店, 409+70 pp. ISBN 978-4-00-603280-7.
[読書ノート]
[文庫版の読書メモ]
- 杉山 慎 [しん], 2021: 『南極の氷に何が起きているか -- 気候変動と氷床の科学』 (中公新書 2672)。中央公論新社, 197 pp. ISBN 978-4-12-102672-9.
[読書メモ]
- 左巻 健男 [さまき たけお], 2022: 『こんなに変わった理科教科書』(ちくま新書 1644)。筑摩書房, 237 pp. ISBN 978-4-480-07470-6.
[読書メモ]
そのほか
授業のなかで紹介した本を追加していく予定です。
- [2025-04-22] 青木 陽介, 2025: 『地球の測り方』。講談社, 222 pp. ISBN 97-4-06–538605-7.
[読書メモ]
... 測地学という地球物理学の分科への入門書。
- [2025-06-03] 島袋 隼士 [はやと], 2025: 『(宇宙の謎に迫る) 中学生からわかる現代天文学』。技術評論社, 223 pp. ISBN 978-4-297-14854-6.
[読書メモ]
... 宇宙・天文の分野の入門書。
- [2025-06-03] 田中 雅臣, 津村 耕司 編著, 2025: 『天文学者が1を知ると宇宙は10の謎を投げかけてくる』。
河出書房新社, 257 pp. ISBN 978-4-309-25483-8.
... 天文学者たちの関心事をのべた本。(入門者にはむずかしいことがらも多いが)。
- [2025-06-03] 中島 映至 [てるゆき]、田近 英一, 2013:
『正しく理解する 気候の科学』。技術評論社。
[読書メモ]
... エネルギー収支を基本とした気候システムの考えかたによって、
全地球史 (田近さんの専門) から現代の地球温暖化や広域大気汚染 (中島さんの専門) までを展望した入門書。
過去の教材ページ
(リンクさきがなくなっているばあいや、別のものにおきかわってしまうばあいもあります。)
(更新) 2025-06-24
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)