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惑星表面に存在する千姿万態な地形,火山,氷河,土——.地球と共通する特徴をもつものもあれば,ときに地球とまったく異なる姿を見せることもあるこれれらを説明する普遍的な原理はなにか.地球にとらわれない広い視野で地質現象の奥深さを学ぶ惑星地質学の名著,待望の邦訳.
【著者】
H・ジェイ・メロシュ(H. Jay Melosh)
はじめ理論物理学を専攻し地球物理学に移った,衝突クレータに関する世界的な権威.また,惑星や衛星のテクトニクス,地震,地すべりの研究でも重要な貢献をした.ニュージャージー州で1947年に生まれ2020年にマサチューセッツ州で亡くなるまでに,カリフォルニア工科大学・ニューヨーク州立大学・アリゾナ大学・パーデュー大学で教鞭をとった.国際隕石学会のバリンジャー・メダル(1999年),アメリカ地質学会のギルバート賞(2001年),アメリカ地球物理学連合のヘス・メダル(2008年)などを受賞した.
【訳者】
山路 敦(Atsushi Yamaji)
京都大学名誉教授.専門は構造地質学.1988年に東北大学で理学博士の学位取得.東北大学教養部と同理学部の助手を経て1994年から京都大学助教授,2010年に教授となり,2024年に定年退職.新生代の日本列島のテクトニクスの研究および地質学的過去の地殻応力の研究を通じて,野外地質調査と理論的な研究との橋渡しを進めてきた.
成瀬 元(Hajime Naruse)
京都大学教授.専門は堆積地質学.2003年に京都大学で博士(理学)の学位を取得.京都大学助手および助教を経て2007年に千葉大学准教授となり,2011年より京都大学理学研究科准教授.2024年より同教授となる.特に,深海底の重力流や津波による堆積物の侵食・運搬・堆積作用および北海道東部のテクトニクスに関する研究を行ってきた.野外地質調査に加えて水槽実験や数値計算などの手法を活用し,地形発達および地層形成のダイナミクスを理解することを目指している.
H・ジェイ・メロシュ(H. Jay Melosh)
はじめ理論物理学を専攻し地球物理学に移った,衝突クレータに関する世界的な権威.また,惑星や衛星のテクトニクス,地震,地すべりの研究でも重要な貢献をした.ニュージャージー州で1947年に生まれ2020年にマサチューセッツ州で亡くなるまでに,カリフォルニア工科大学・ニューヨーク州立大学・アリゾナ大学・パーデュー大学で教鞭をとった.国際隕石学会のバリンジャー・メダル(1999年),アメリカ地質学会のギルバート賞(2001年),アメリカ地球物理学連合のヘス・メダル(2008年)などを受賞した.
【訳者】
山路 敦(Atsushi Yamaji)
京都大学名誉教授.専門は構造地質学.1988年に東北大学で理学博士の学位取得.東北大学教養部と同理学部の助手を経て1994年から京都大学助教授,2010年に教授となり,2024年に定年退職.新生代の日本列島のテクトニクスの研究および地質学的過去の地殻応力の研究を通じて,野外地質調査と理論的な研究との橋渡しを進めてきた.
成瀬 元(Hajime Naruse)
京都大学教授.専門は堆積地質学.2003年に京都大学で博士(理学)の学位を取得.京都大学助手および助教を経て2007年に千葉大学准教授となり,2011年より京都大学理学研究科准教授.2024年より同教授となる.特に,深海底の重力流や津波による堆積物の侵食・運搬・堆積作用および北海道東部のテクトニクスに関する研究を行ってきた.野外地質調査に加えて水槽実験や数値計算などの手法を活用し,地形発達および地層形成のダイナミクスを理解することを目指している.
まえがき
謝辞
訳者まえがき
第1章 グランドツアー
1.1 太陽系の構造
1.1.1 太陽系に関する重要事項
1.1.2 太陽系天体の多様性
1.2 惑星の多様性
1.2.1 惑星大気の散逸
1.2.2 地球型惑星における地質過程
1.3 天体表面の多様性とその変遷
1.3.1 月
1.3.2 水星
1.3.3 金星
1.3.4 火星
1.3.5 木星のガリレオ衛星
1.3.6 タイタン
1.3.7 地球
参考文献
第2章 惑星と衛星の形状
2.1 天体の概形
2.1.1 自転しない場合:球
2.1.2 自転する天体:扁平楕円体
2.1.3 潮汐変形を受ける場合:三軸楕円体
2.1.4 惑星の概形のスケーリング則
2.1.5 重心と形状中心とのずれ
2.1.6 衛星・惑星の自転
2.2 より細かい地形:大陸と山地
2.2.1 山はどれだけ高いのか
2.2.2 地形高度の統計:ヒプソメトリー
2.2.3 他の惑星における緯度と経度
Box 2.1 地形のラフネス
2.3 地形のスペクトル表示
第3章 強度と重力
3.1 地形と応力
Box 3.1 強度のない惑星における地形の消滅
3.2 応力と歪み
3.2.1 歪み
3.2.2 応力
3.2.3 フックの法則:応力と歪みの関係
3.2.4 応力・歪み・時間:粘性
3.3 ジェフリーズの定理:応力と歪みの関係
3.3.1 弾性変形と地形の保持
3.3.2 弾性応力と限界定理
3.3.3 地形のモデル
3.4 強度とは何か
3.4.1 レオロジー:弾性・粘性・塑性・その他
3.4.2 長期的強度
Box 3.2 固体の理論強度
3.4.3 クリープ:永遠には保持できない
3.4.4 惑星の強度断面
3.5 地形の保持機構
3.5.1 塑性強度:ジェフリーズ限界再論
3.5.2 地形の粘性緩和
3.5.3 密度差による保持:アイソスタシー
3.5.4 動的に保持された地形
3.5.5 浮かんだ弾性板:地形荷重のたわみ補償
Box 3.3 表面に浮かぶ弾性板の曲げ
3.6 地形保持機構の手がかり
3.6.1 リソスフェアのたわみ
3.6.2 重力異常
Box 3.4 リソスフェアという語の曖昧さ
3.6.3 ジオイド異常
参考文献
練習問題
第4章 テクトニクス
4.1 テクトニックな変形とは何か
4.1.1 惑星のレオロジー構造
4.1.2 単一プレートの惑星と複数プレートの惑星
4.2 応力源
4.2.1 外的要因
4.2.2 内的要因
4.3 惑星のエンジン:熱源と熱輸送
4.3.1 惑星形成時の加熱
4.3.2 潮汐発熱
4.3.3 熱伝導と放射性発熱
4.3.4 熱対流と惑星のなかの熱輸送
4.4 テクトニクスの速度
4.5 たわみと褶曲
4.5.1 圧縮:岩石の褶曲
Box 4.1 座屈褶曲の理論
4.5.2 褶曲と断層:断層折れ曲がり褶曲
4.5.3 伸張:ブーディン形成またはネッキング不安定
4.5.4 重力不安定:ダイアピルと貫入
4.6 断裂と断層
4.6.1 変形の局在化
4.6.2 節理,節理系,リニアメント
4.6.3 断層:アンダーソン理論
Box 4.2 アンダーソン型断層の傾斜角
4.7 テクトニクス諸相
4.7.1 惑星規模のグリッドシステム
4.7.2 隆起沈降によるたわみ
4.7.3 応力相互作用:荷重によるグラーベン分布の屈折
4.7.4 イオのリソスフェアの沈下
4.7.5 地球のプレート・テクトニクス
参考文献
練習問題
第5章 火山活動
5.1 溶解とマグマ活動
5.1.1 なぜ火山活動は普遍的なのか
Box 5.1 断熱温度勾配
5.1.2 惑星構成物質の融解
5.1.3 マグマの物理的性質
5.1.4 マグマの分離と上昇
Box 5.2 マグマ上昇に関する直立管モデル
5.2 噴火のメカニズムと火山体の形成
5.2.1 中心噴火と割れ目噴火
5.2.2 静かな噴火と爆発的噴火の物理
Box 5.3 火山放出物の速度の上限
5.2.3 火山性の地形
5.3 溶岩流,溶岩ドーム,溶岩台地
5.3.1 溶岩流の形態
5.3.2 溶岩流の力学
5.3.3 溶岩ドーム,溶岩チャネル,溶岩台地
参考文献
練習問題
第6章 インパクト・クレータリング
6.1 研究史
6.2 インパクト・クレータの形状
6.2.1 単純クレータ
6.2.2 複雑クレータ
6.2.3 多重リング・クレータ
6.2.4 異常な形のクレータ
6.2.5 劣化したクレータ地形
6.3 クレータリング機構
6.3.1 接触圧縮ステージ
6.3.2 掘削ステージ
6.3.3 変形ステージ
Box 6.1 クレータ掘削に関するマクスウェルのZモデル
6.4 イジェクタ堆積物
6.4.1 弾道軌道
6.4.2 流動化したイジェクタ
6.4.3 二次クレータ
6.4.4 斜め衝突
6.5 スケーリング則
6.5.1 クレータの直径
6.5.2 インパクト・メルトの量
6.6 大気の影響
6.7 クレータリングでつくられる地形
6.7.1 クレータ群の記述
6.8 表面のクレータ年代
6.8.1 勾配が2 より大きい場合
6.8.2 勾配が2 より小さい場合
6.9 惑星の進化
6.9.1 惑星の集積
6.9.2 インパクト・カタストロフィズム
6.9.3 月の起源
6.9.4 後期重爆撃
6.9.5 インパクト誘発火山活動?
6.9.6 生物の絶滅
参考文献
練習問題
第7章 レゴリス・風化・表面組織
7.1 月と小惑星のレゴリス:大気のない天体の土
7.1.1 インパクトによるガーデニング
Box 7.1 月のレゴリス層生成
7.1.2 レゴリスの熟成度
7.1.3 大気のない天体表面への放射線の影響
7.2 表面下の温度
7.2.1 温度の日周変化と季節変化
7.2.2 レゴリス層の温度分布
7.2.3 熱慣性
7.3 風化:表層と大気の界面におけるプロセス
7.3.1 化学的風化
7.3.2 物理的風化
7.3.3 昇華風化
7.3.4 硬化殻とタフォニ
7.3.5 砂漠ニス
7.3.6 地球の土壌
7.4 表面の組織
7.4.1 月の表面構造は妖精城
7.4.2 砂漠の敷石:なぜブラジルナッツは浮かび上がる
7.4.3 乾裂,乾燥による構造
参考文献
練習問題
第8章 斜面とマスムーブメント
8.1 レゴリスのクリープ
8.1.1 表土のクリープ・メカニズム
8.1.2 クリープによる地形
8.2 地すべり
8.2.1 未固結の岩塊の集合:粘着力がゼロの場合
8.2.2 粘着力のある物体
Box 8.1 クレータ縁の段丘は地すべりブロック
8.2.3 重力流
8.2.4 長距離を走る岩屑なだれ
参考文献
練習問題
第9章 風
9.1 砂とダスト
9.1.1 終端速度
9.1.2 微粒子のサスペンション
9.2 砂サイズの粒子の動き
9.2.1 動き始め
9.2.2 風による輸送
9.2.3 ダストの連行
9.2.4 移動する砂による磨耗
9.3 風成地形
9.3.1 砂質な地表面の不安定性
9.3.2 リップル,リッジ,砂影
Box 9.1 火星のカミカゼ粒子
9.3.3 砂丘
9.3.4 ヤルダンと風食
9.3.5 風条
9.3.6 過渡的な現象
参考文献
練習問題
第10章 水
10.1 水文学的サイクル
10.1.1 時間,流れ,確率
10.1.2 降雨:浸透と流出
10.2 地下の水
10.2.1 地下水位:静水面
10.2.2 浸透流
10.2.3 泉と湧水侵食
Box 10.1 川は何日で涸れるのか
10.3 表面の水
10.3.1 陸上の流れ
10.3.2 流量
10.3.3 流路
Box 10.2 流路のネットワーク
10.3.4 海洋・湖・プラヤ
10.3.5 河川地形
参考文献
練習問題
第11章 氷
11.1 惑星表面の氷
11.1.1 水文学的サイクルにおける氷
11.1.2 氷河の分類
11.1.3 岩石氷河
11.2 氷河の流動
11.2.1 グレンの法則
11.2.2 塑性流動で近似
11.2.3 他の氷,他のレオロジー
11.2.4 底面でのスリップ
Box 11.1 岩塩の流れ
11.3 氷河表面の地形
11.3.1 氷河や氷床の内部の流速
11.3.2 流れ方向の流速分布とクレバス
11.3.3 氷床の高度分布
11.4 氷河地形
11.4.1 氷食
11.4.2 堆積
11.5 地下の氷
11.5.1 永久凍土
11.5.2 特徴的パターンを持つ地形
11.5.3 サーモカルスト
参考文献
練習問題
引用文献
索引
謝辞
訳者まえがき
第1章 グランドツアー
1.1 太陽系の構造
1.1.1 太陽系に関する重要事項
1.1.2 太陽系天体の多様性
1.2 惑星の多様性
1.2.1 惑星大気の散逸
1.2.2 地球型惑星における地質過程
1.3 天体表面の多様性とその変遷
1.3.1 月
1.3.2 水星
1.3.3 金星
1.3.4 火星
1.3.5 木星のガリレオ衛星
1.3.6 タイタン
1.3.7 地球
参考文献
第2章 惑星と衛星の形状
2.1 天体の概形
2.1.1 自転しない場合:球
2.1.2 自転する天体:扁平楕円体
2.1.3 潮汐変形を受ける場合:三軸楕円体
2.1.4 惑星の概形のスケーリング則
2.1.5 重心と形状中心とのずれ
2.1.6 衛星・惑星の自転
2.2 より細かい地形:大陸と山地
2.2.1 山はどれだけ高いのか
2.2.2 地形高度の統計:ヒプソメトリー
2.2.3 他の惑星における緯度と経度
Box 2.1 地形のラフネス
2.3 地形のスペクトル表示
第3章 強度と重力
3.1 地形と応力
Box 3.1 強度のない惑星における地形の消滅
3.2 応力と歪み
3.2.1 歪み
3.2.2 応力
3.2.3 フックの法則:応力と歪みの関係
3.2.4 応力・歪み・時間:粘性
3.3 ジェフリーズの定理:応力と歪みの関係
3.3.1 弾性変形と地形の保持
3.3.2 弾性応力と限界定理
3.3.3 地形のモデル
3.4 強度とは何か
3.4.1 レオロジー:弾性・粘性・塑性・その他
3.4.2 長期的強度
Box 3.2 固体の理論強度
3.4.3 クリープ:永遠には保持できない
3.4.4 惑星の強度断面
3.5 地形の保持機構
3.5.1 塑性強度:ジェフリーズ限界再論
3.5.2 地形の粘性緩和
3.5.3 密度差による保持:アイソスタシー
3.5.4 動的に保持された地形
3.5.5 浮かんだ弾性板:地形荷重のたわみ補償
Box 3.3 表面に浮かぶ弾性板の曲げ
3.6 地形保持機構の手がかり
3.6.1 リソスフェアのたわみ
3.6.2 重力異常
Box 3.4 リソスフェアという語の曖昧さ
3.6.3 ジオイド異常
参考文献
練習問題
第4章 テクトニクス
4.1 テクトニックな変形とは何か
4.1.1 惑星のレオロジー構造
4.1.2 単一プレートの惑星と複数プレートの惑星
4.2 応力源
4.2.1 外的要因
4.2.2 内的要因
4.3 惑星のエンジン:熱源と熱輸送
4.3.1 惑星形成時の加熱
4.3.2 潮汐発熱
4.3.3 熱伝導と放射性発熱
4.3.4 熱対流と惑星のなかの熱輸送
4.4 テクトニクスの速度
4.5 たわみと褶曲
4.5.1 圧縮:岩石の褶曲
Box 4.1 座屈褶曲の理論
4.5.2 褶曲と断層:断層折れ曲がり褶曲
4.5.3 伸張:ブーディン形成またはネッキング不安定
4.5.4 重力不安定:ダイアピルと貫入
4.6 断裂と断層
4.6.1 変形の局在化
4.6.2 節理,節理系,リニアメント
4.6.3 断層:アンダーソン理論
Box 4.2 アンダーソン型断層の傾斜角
4.7 テクトニクス諸相
4.7.1 惑星規模のグリッドシステム
4.7.2 隆起沈降によるたわみ
4.7.3 応力相互作用:荷重によるグラーベン分布の屈折
4.7.4 イオのリソスフェアの沈下
4.7.5 地球のプレート・テクトニクス
参考文献
練習問題
第5章 火山活動
5.1 溶解とマグマ活動
5.1.1 なぜ火山活動は普遍的なのか
Box 5.1 断熱温度勾配
5.1.2 惑星構成物質の融解
5.1.3 マグマの物理的性質
5.1.4 マグマの分離と上昇
Box 5.2 マグマ上昇に関する直立管モデル
5.2 噴火のメカニズムと火山体の形成
5.2.1 中心噴火と割れ目噴火
5.2.2 静かな噴火と爆発的噴火の物理
Box 5.3 火山放出物の速度の上限
5.2.3 火山性の地形
5.3 溶岩流,溶岩ドーム,溶岩台地
5.3.1 溶岩流の形態
5.3.2 溶岩流の力学
5.3.3 溶岩ドーム,溶岩チャネル,溶岩台地
参考文献
練習問題
第6章 インパクト・クレータリング
6.1 研究史
6.2 インパクト・クレータの形状
6.2.1 単純クレータ
6.2.2 複雑クレータ
6.2.3 多重リング・クレータ
6.2.4 異常な形のクレータ
6.2.5 劣化したクレータ地形
6.3 クレータリング機構
6.3.1 接触圧縮ステージ
6.3.2 掘削ステージ
6.3.3 変形ステージ
Box 6.1 クレータ掘削に関するマクスウェルのZモデル
6.4 イジェクタ堆積物
6.4.1 弾道軌道
6.4.2 流動化したイジェクタ
6.4.3 二次クレータ
6.4.4 斜め衝突
6.5 スケーリング則
6.5.1 クレータの直径
6.5.2 インパクト・メルトの量
6.6 大気の影響
6.7 クレータリングでつくられる地形
6.7.1 クレータ群の記述
6.8 表面のクレータ年代
6.8.1 勾配が2 より大きい場合
6.8.2 勾配が2 より小さい場合
6.9 惑星の進化
6.9.1 惑星の集積
6.9.2 インパクト・カタストロフィズム
6.9.3 月の起源
6.9.4 後期重爆撃
6.9.5 インパクト誘発火山活動?
6.9.6 生物の絶滅
参考文献
練習問題
第7章 レゴリス・風化・表面組織
7.1 月と小惑星のレゴリス:大気のない天体の土
7.1.1 インパクトによるガーデニング
Box 7.1 月のレゴリス層生成
7.1.2 レゴリスの熟成度
7.1.3 大気のない天体表面への放射線の影響
7.2 表面下の温度
7.2.1 温度の日周変化と季節変化
7.2.2 レゴリス層の温度分布
7.2.3 熱慣性
7.3 風化:表層と大気の界面におけるプロセス
7.3.1 化学的風化
7.3.2 物理的風化
7.3.3 昇華風化
7.3.4 硬化殻とタフォニ
7.3.5 砂漠ニス
7.3.6 地球の土壌
7.4 表面の組織
7.4.1 月の表面構造は妖精城
7.4.2 砂漠の敷石:なぜブラジルナッツは浮かび上がる
7.4.3 乾裂,乾燥による構造
参考文献
練習問題
第8章 斜面とマスムーブメント
8.1 レゴリスのクリープ
8.1.1 表土のクリープ・メカニズム
8.1.2 クリープによる地形
8.2 地すべり
8.2.1 未固結の岩塊の集合:粘着力がゼロの場合
8.2.2 粘着力のある物体
Box 8.1 クレータ縁の段丘は地すべりブロック
8.2.3 重力流
8.2.4 長距離を走る岩屑なだれ
参考文献
練習問題
第9章 風
9.1 砂とダスト
9.1.1 終端速度
9.1.2 微粒子のサスペンション
9.2 砂サイズの粒子の動き
9.2.1 動き始め
9.2.2 風による輸送
9.2.3 ダストの連行
9.2.4 移動する砂による磨耗
9.3 風成地形
9.3.1 砂質な地表面の不安定性
9.3.2 リップル,リッジ,砂影
Box 9.1 火星のカミカゼ粒子
9.3.3 砂丘
9.3.4 ヤルダンと風食
9.3.5 風条
9.3.6 過渡的な現象
参考文献
練習問題
第10章 水
10.1 水文学的サイクル
10.1.1 時間,流れ,確率
10.1.2 降雨:浸透と流出
10.2 地下の水
10.2.1 地下水位:静水面
10.2.2 浸透流
10.2.3 泉と湧水侵食
Box 10.1 川は何日で涸れるのか
10.3 表面の水
10.3.1 陸上の流れ
10.3.2 流量
10.3.3 流路
Box 10.2 流路のネットワーク
10.3.4 海洋・湖・プラヤ
10.3.5 河川地形
参考文献
練習問題
第11章 氷
11.1 惑星表面の氷
11.1.1 水文学的サイクルにおける氷
11.1.2 氷河の分類
11.1.3 岩石氷河
11.2 氷河の流動
11.2.1 グレンの法則
11.2.2 塑性流動で近似
11.2.3 他の氷,他のレオロジー
11.2.4 底面でのスリップ
Box 11.1 岩塩の流れ
11.3 氷河表面の地形
11.3.1 氷河や氷床の内部の流速
11.3.2 流れ方向の流速分布とクレバス
11.3.3 氷床の高度分布
11.4 氷河地形
11.4.1 氷食
11.4.2 堆積
11.5 地下の氷
11.5.1 永久凍土
11.5.2 特徴的パターンを持つ地形
11.5.3 サーモカルスト
参考文献
練習問題
引用文献
索引