伝統的な固体地球科学を中心に 5 つの研究分野で構成 地球を包括的に扱うことを目指したとはいえ その範 囲はあまりにも広大だ 地球の内部から太陽系に至るま での あらゆる物質や事象が対象になるほか 研究手法 も 地球の歴史の痕跡を観察したり 大気や海洋 大地 からサンプルを採取して分析したり 実験室

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1 概説入試情報固体地球科学東北大学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路[ シリーズ ] 18 地球惑星科学 CONTENTS 概説 p69 地球の内部から宇宙空間 生命をも含めて地球の全体像を包括的に捉える東京大学木村学教授 コラム地球惑星科学と高校 地学 p73 入試情報 p74 固体地球科学 p76 東北大学大谷栄治教授 気象学 p78 京都大学里村雄彦教授 生命地球科学 p80 九州大学奈良岡浩教授 授業 ゼミ紹介富山大学 巡検 p82 卒業後の進路 p84 我々はどこから来たのか 我々は何者か 我々はどこへ行くのか これはポール ゴーギャンの絵のタイトルだが あらゆる学問はこの根源的な問いに答えるためにあるといっても過言ではない 特に地球で生まれ繁栄してきた人類にとっては 地球惑星を丸ごと研究対象とする地球惑星科学は 最も直接的にこのテーマを追究する学問といえる すなわち 地球はどのように誕生したのか 生 命はどのように生まれたのか 生命を育む天体は地球だけなのか 生命はどのように人類へと進化したのか 地球は 46 億年の間にどのように変化したのか 人類の営みは将来の地球にどのような影響を与えるのかなどの疑問に 一つひとつ答えていこうというのが地球惑星科学なのだ 今回は 学問としての地球惑星科学の成り立ちを概観し 代表的な研究分野を紹介する 概説 地球の内部から宇宙空間 生命をも含めて地球の全体像を包括的に捉える 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻木村学教授 プレートテクトニクス理論の成立を受け新しい地球観とともに登場した地球惑星科学 地球を扱う学問は 伝統的に地球物理学 地質学 地 理学などに分かれていた 地球物理学は 地球の性質や 構造を物理学的な手法で解明しようとする学問である 地質学は地面より下の岩石や地層を総合的な手法によっ て分析し 地球の生い立ちを探ろうとする 地理学は人 間社会を含めた地球表面が対象である このように扱う 範囲も手法もバラバラだった諸科学を統合し 地球の内 部構造から表層の自然現象 生命活動 惑星としての性 質まで含め 地球全体を研究 対象とする学問として体系化 したものが地球惑星科学だ まずは 地球惑星科学が学 問分野として成立した歴史を 概観しよう 地理学はギリシ ア時代から知られる学問で あった 地質学は大航海時代 から産業革命を経て 西欧諸 国が植民地を拡大する中で発展してきたが 植民地の資 源をいかに獲得するかも念頭に置いた 博物学的なもの Kawaijuku Guideline

2 伝統的な固体地球科学を中心に 5 つの研究分野で構成 地球を包括的に扱うことを目指したとはいえ その範 囲はあまりにも広大だ 地球の内部から太陽系に至るま での あらゆる物質や事象が対象になるほか 研究手法 も 地球の歴史の痕跡を観察したり 大気や海洋 大地 からサンプルを採取して分析したり 実験室で地球内部 の環境を再現したり 人工衛星で宇宙空間を観測したり 惑星を探査したりと多岐にわたる そのため 地球惑星 科学は大きく 5 つの研究の柱を持っている 各分野の概 要を順に紹介していこう であった 19 世紀末になると地球物理学が発展し 地質学者と 地球の誕生年代を巡って論争を展開した 地球物理学者 はマグマが冷却する時間から計算し 地球の年齢を 4,000 万年程度と考えたのに対し 地質学者は岩石の風化 浸 食によって生成された砂の堆積の速さなどから 10 億 年以上と主張 互いの研究手法の違いから 見解が大き く分かれた 論争が決着したのは 20 世紀に入って放射 ( 注 1) 年代測定が行われるようになってからであり 飛来 した隕石の年代と同様 地球の年齢も約 46 億年である と推定されるようになった この論争の中で 地球物理 学と地質学の双方の理解が進んでいったのだ 1960 年代後半にはプレートテクトニクス理論が登場 し 地球観が変化した それまでは地球の変動は陸を中 心に考えられていたが 海も合わせたプレートが移動す るものとして捉えられるようになったのだ 1969 年に はアポロ 11 号が月の石を持ち帰り その分析から地球 と惑星の理解は飛躍的に向上した これらを契機として 太陽系や地球に関する知見が大きく変化し始め 新しい 地球観が登場した こうした変化の中 地震のメカニズムを探究するの は地球物理学 岩石を扱うのは地質学などと バラバラ に研究していたのでは新しい知見に対応することができ なくなり 地球全体を包括する新しい学問の体系が必要 になりました こうして 地球を丸ごと理解することを 目指して 地球物理学 地質学 自然地理学などを合わ せて誕生したのが地球惑星科学です と 東京大学の木 村学教授は説明する 宇宙惑星科学分野 ハビタブル プラネット の探索が続くこの分野では 地球が太陽系や宇宙の中で特別な存在なのか 似たような惑星が他にも存在するのかといった疑問に答えたりすることなどが大きな関心の的だ 天文学と比べて 太陽系など地球からの距離が近い宇宙を対象とし 地球や生命の存在を強く意識した研究を行う点が特徴である 現在 最も注目を集めているのは太陽系外惑星 ( 太陽以外の恒星を回る惑星 ) の探査である 1995 年に最初の系外惑星が発見されてから 2012 年 1 月現在で 600 個以上が確認され その数はさらに増えつつある ( 注 2) 近年は ハビタブル( 生命が住み得る ) がキーワードになりつつあります 惑星探査は 生命が住める惑星 ハビタブル プラネット を探す方向へとシフトしつつありますし 生命が住み得る条件を探る研究も盛んです 地球生命科学分野における極限環境生物の研究と連動しながら 宇宙という極限状況で存在する生命の可能性を探る研究も注目されています ( 木村教授 ) 大気海洋 環境科学分野 将来の気候変動予測に挑むこの分野が研究対象とするのは 地球表層の自然環境のうち 大気や海洋などの流体圏である 台風や大雨はもちろん 大気大循環や大規模海流など地球規模の流体運動も扱うほか 過去の地球の気候を明らかにしたり 将来の気候予測を行ったりする 注目されるのは 地球温暖化など将来の気候変動予測 ( 注 1) 放射年代測定 元素には 含まれる中性子の数が異なる同位体が存在する そのうち構造が不安定なものは時間が経つにつれて崩壊し その際に放射線を発する この 不安定な構造の同位体が存在する割合から岩石などの年代を測定する方法のこと ( 注 2) 太陽系外惑星 個数は NASA の発表より 太陽系外惑星については Guideline2010 年 11 月号 の 注目の学部 学科天文学 も参照 70 Kawaijuku Guideline

3 概説入試情報固体地球科学東北大学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路に関する研究だ 気候に影響を与える因子を 考えられるだけ入れ込んだ大規模なコンピュータシミュレーションによる気候予測などが ホットな研究テーマである 話題となった次世代スーパーコンピュータ 京 なども こうした用途に利用されることが想定されている 大気などの流体は ある点を超えると乱流となって暴走しますが この乱流問題の解明なども興味深いテーマです ここ 10 年くらいで 大気と海洋の影響を同時に考慮しながら 全体として気候を考察する研究が発展してきましたが 今後はパラメータを細かく調整しながらシミュレーションを行い その結果を人工衛星や航空機を使った観測で検証していくような方向に進んでいくと思われます いずれにしても 気候の未来予測が最大の関心の的でしょう ( 木村教授 ) 地球人間圏科学分野 人間と地球が相互に及ぼす影響を考察この分野は 人間活動と自然環境の関わりを解明することを目的にしている 人間は 気温や土壌 降水など自然条件の大きな制約を受けている その一方で 地下資源の利用によって大量の二酸化炭素を輩出するなど 地球環境に影響を与える存在でもある この両方の視点から 工学や人文科学 社会科学など他の学問と連携しながら研究を進めている点が大きな特色である 経済 文化 社会活動など人間のあらゆる活動と自然の活動が関連して起こる事象を研究対象としており 近年は特に海と陸が接する沿岸域に注目が集まっている 沿岸域は人口が集中し 多くの人間活動が行われると同時に 資源や廃棄物も集積し 多くの自然災害が発生する場でもあるからだ 日本社会と沿岸域 アジアモンスーン地域における水循環と水災害予測 などのテーマで 人文地理学や文化人類学 農学など広範な学問を巻き込んだ研究に期待が高まっているほか 中国 インド アフリカなどでは 人口爆発に関連したテーマも重要になりつつある 固体地球科学分野 プレート境界における地震のサイエンスに期待地球内部の構造や運動を明らかにすることを目的としており 伝統的な地球科学を担ってきた分野でもある 地震や火山噴火といった大地の運動はもちろん 山脈や 海溝の形成などもマントルの活動が引き起こしていることが知られており マントル対流をはじめとした地球内部の活動についてシミュレーションを行ったり 地球深部の鉱物の振る舞いを調べたりする実験なども行われている 地震や火山噴火に備える災害科学の一面も持つ この分野は 核からマントル 地殻のすべてを研究対象にしているが 近年では地震のサイエンス 特にプレート境界の沈み込みのメカニズムの解明に注目が集まっている 日本の場合は 2011 年の東北地方太平洋沖地震を予測できなかった反省から こういった研究に特に注目が集まっている 木村教授は南海トラフ ( 注 3) の沈み込みのメカニズムを研究している 巨大地震は プレートが沈み込むときに蓄えられたひずみエネルギーが プレートがはがれることで解放されて起こります ところが そのプレート境界で何が起きているのか これまできちんと理解できていなかったのです 日本では 阪神 淡路大震災を受けて GPS を使った世界で最も細かな地震観測網が整備されています そこで私たちは そこから得られる地震波のデータなどを長期間にわたって解析しました すると 南海トラフのプレート境界で プレートがはがれる部分より少し深いところで ゆっくりと滑っている現象を発見することができました プレートの深い部分がゆっくりと滑り込むことで ひずみエネルギーが溜まっていくメカニズムが初めて明らかになったのです ( 木村教授 ) このほかにも 海底を掘削してプレート境界の岩石を採取し 地下で起きていることを直接観測するプロジェクトが進行しており 地震発生メカニズムの詳細な研究には大きな期待が寄せられている 地球生命科学分野 宇宙も視野に入れて生命の起源と進化を探究生命の起源は学問的に諸説があり まだ決着がついていない そこで この分野では どのように生命が発生し 現在のように多様性をもつに至ったのか 地球と生命進化はどのようにかかわってきたのかを解明することを目指している 宇宙から生命が飛来した可能性も残されており 宇宙惑星科学 と連携しながら 宇宙で生命が存在する条件などを探る研究も行われている 近年 特に研究が盛んなのは 極限環境生物の研究である 深海の熱水域や 岩盤の相当深いところにまで生 ( 注 3) 南海トラフ フィリピン海プレートが ユーラシアプレートの一部である西南日本に沈み込んでいる地帯 過去に東海 東南海 南海地震を繰り返し引き起こしたとされている Kawaijuku Guideline

4 物がいることが確認されており 無酸素 強酸 強アル カリ 高塩分 高温 極低温などの極限環境に生息する 古細菌 ( アーキア ) などが 生命の起源に近い可能性が あるからだ 生物が地球に及ぼす影響も重要なテーマである 地球 上の酸素の多い環境は生物がつくり出したものであり 石油 石炭 天然ガスなどの生成過程にも生物が関与し ている可能性が大きいからだ 地震も 生命が間接的に引き起こしている可能性が あります 珪藻や放散虫などのシリカ ( 注 4) の殻を持つプ ランクトンは 死後マリンスノーとなって海底に堆積し 大量の水を含んだ厚い地層を形成することがあります この地層が海溝で沈み込むと 地下に大量の水が運ばれ ます この水が潤滑材となって地震が起こる可能性もあ るのです このように生命と地球の関係には 研究の余 地が数多く残されています ( 木村教授 ) 得意分野 専門分野を持った上で全分野の教養レベルの知識が必要に 地球惑星科学は 地球を丸ごと理解することを目指し ていることから 大学では幅広く学ぶことが求められる 地球惑星科学は総合科学ですから 研究を進めるた め 大学ではまず物理学 化学 生物学の基礎的な知識 を学びます 専門科目としては上記の 5 分野に関する幅 広い科目が設置されていますが それらすべてに精通することは不可能です そのため 大学で地球惑星科学を学ぶ場合は 自らの得意な分野 専門分野を持った上で 他分野の人と会話できるように教養レベルの知識を充実させることが必要になります 全分野に関して広く浅く知っているよりは 1つ深い部分を持ちながら 異分野の人たちとのコミュニケーションを通して 包括的な理解を深めていく方向が好ましいといえます ( 木村教授 ) あらゆる科学がそうであったように 地球惑星科学も技術の飛躍的な発展に支えられており 今後も技術の進展に応じて新発見がなされ 地球や生命に関する新しい ( 注 4) シリカ 二酸化ケイ素 もしくは二酸化ケイ素によって構成される物質の総称 72 Kawaijuku Guideline

5 概説入試情報固体地球科学東北大学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路考え方や理論が登場する可能性は高い 20 世紀は物理学がすべての科学の上に君臨した時代でした しかし 我々は何者で どこから来て どこへ行くのか という根源的な問いに答えるには 物理学 化学 生物学などをベースにした 地球を丸ごと捉える 地球惑星科学が不可欠です その意味で 地球惑星科学 は最も輝くところにある学問だと思います ( 木村教授 ) コラム 地球惑星科学の研究領域の多くは 高校では地学 で扱うことになっており 地球惑星科学の学部 学 科を志望する生徒は高校から地学に触れておくこと が望ましい 今回の取材でも 高校で地学を履修し た学生について バランスよく物事をみられる傾向 があり 大学での地球惑星科学の学びが深まる 地 球惑星科学を研究するのに必要な 複雑なシステム の全体を捉える視点がある といったコメントが大 学の先生方から聞かれた 一方で 高校で地学を履修する生徒は少ない 河 合塾の 教科に関するアンケート ( 注 1) によると 新課程カリキュラムにおいて 地学基礎 を設置す る高校は文系で 31.5% 理系で 12.4% にとどまり 他の 基礎を付した科目 に比べて少ない さらに 国公立大の個別 (2 次 ) 試験や私立大の入試に対応 できる 地学 の設置状況は文系で 12.4% 理系で 3.9% と 他の科目に比べて非常に少なくなる これ らの数字は高校が科目を設置する割合であるため 実際に履修する生徒の割合はさらに少なくなるだろ う 新課程においても 大多数の生徒は地学を高校 で学ばず 地球惑星科学を学べる学部 学科に進む 理系生もほとんどが地学を履修していないと予測さ れる 地学 未履修でも大丈夫!? 高校の理科選択科目と大学のフォロー こうした状況に対して 学問の世界からは以前よ り改善を望む声が上がっている 例えば 地球惑星 科学関連 48 学協会などで構成される日本地球惑星 科学連合は すべての高校生が地球人として必要な 科学リテラシーを学べるようにするため 地学をベー スにした必修科目 教養理科 ( 仮称 ) の創設を 2007 年 9 月に提案している 地球史の比較的新し い時代 ( 約 260 万年前から現代まで ) を研究対象と する日本第四紀学会も 2011 年 5 月 新課程で地 学履修者がさらに減少することへの懸念から 地球 惑星科学連合と共同で高校における理科の 4 科目開 講を求める声明を発表している その一方で 大学側も地学履修者が少ない状況を 踏まえた教育を行っている 例えば 九州大学理学 部地球惑星科学科では 地学を履修していないこと を前提として授業内容を設定 1 年次に 数学 物理 化学 生物 英語などの基礎教育科目とともに 固 体地球科学 大気海洋科学 宇宙科学概論 生物 圏環境科学 基礎地質学 などの導入科目を展開し ている 富山大学理学部地球科学科も 大学入学に 際して高校の 地学 の履修を前提とはしておらず 地球のしくみ を一から学ぶためのさまざまな教育 プログラムを用意している ( 注 2) このように 多く の大学で 地学を学ばなくても地球惑星科学の世界 に入れるようにカリキュラムが組まれている もちろん 大学で地球惑星科学を学ぶには 高校 で 地学 を履修していることが理想的である し かし 地学 を学んでいないからといって進学先の 選択肢から外す必要はないのである ( 注 1) 新教育課程における設置予定科目などについて 全国の高等学校に聞いたアンケート 2011 年 7 9 月に実施 回答数 670 ( 注 2) カリキュラムの説明については 2 大学のホームページより Kawaijuku Guideline

6 入試情報 ここでは日本地球惑星科学連合が紹介する 地球惑星科学 が学べる大学 ( learninggeoscience1.html) を中心に 入試の特徴を見ていく 理学部の 地学 系を中心に さまざまな学部で地球惑星科学を学べる学科を設置 現在地球惑星科学が学べる大学は 国公立大で 48 大 学 62 学部 (93 学科 ) 私立大では国公立大と比べると 設置数が少なく 18 大学 23 学部 (35 学科 ) となって いる 設置されている学部 学科は理学部の地学系を中 心に 工学部の土木 環境系 水産 海洋学部 農学部 環境学部など理系学部の多岐にわたる また 一部の大 学の教員養成系学部理科専攻や 気象大学校 防衛大学 校といった 文科省所管外の大学校でも地球惑星科学を 学ぶことができる 概説で示したとおり 地球惑星科学 にはさまざまな研究領域があり ここで紹介する学部 学科は そのうちのいずれかが学べる学部 学科である 受験の際には それぞれの学部 学科でどの分野が学べ るのか ホームページなどで確認したい 国公立大学部一括募集が目立つ 国公立大前期日程のセンター試験科目数は 9 割以上の 大学が 5 教科 7 科目を課しており 後期日程でも 7 割が 5 教科 7 科目となっている 特に前期日程では そのほとんどが理科 2 科目の受験が必須の理型で ある 科目の内訳を見ると 数学は数学 Ⅱ 数学 B の受験を指定している大学が 7 割となっている 学問の特性から 理科は地学まで選択できる大学 がほとんどだが 九州大 ( 工 - 地球環境工 ) 金沢 大 ( 理工 - 環境デザイン ) 神戸大 ( 海事科学 ) 岩手大 ( 工 - 社会環境工 ) では地学の選択ができ ない < 図表 1> は国公立大前期日程の二次試験科目 を集計したものである 難易度の高い大学を中心 に理科 2 科目を含む 4 科目を課すケースが多く 英 数 理 2 を課す大学だけで 21 募集区分ある 特に東京大 京都大 名古屋大では 4 教科 5 科目 を課している 理科の選択科目を見ると 東京工 業大 ( 第 1 類 ) 九州大 ( 工 - 地球環境工 ) 大阪府立大 ( 生命環境科学 - 自然科学 緑地環境科学 ) は理科 2 科 目必須だが地学を選択することができない 地球惑星科 学は先に見たように幅広い学部で学ぶことのできる学問 であり 募集先の学部の特性によってはこのように地学 選択が不可能な場合があるので注意が必要だ また 二次試験では教員養成系を中心に 2 科目以下で 受験可能な大学も 6 割にのぼり 1 教科を小論文や面接 による試験と組み合わせるパターンや 教科試験を課さ ない大学も少なくない 私立大理学部以外では地学を選択できない大学も 私立大の一般方式 < 図表 2> では 英 数 理 の 3 教科 3 科目を課す大学が 6 割にのぼる 設置されてい る学部の特性から 理科の選択科目は物理 化学 もし くは物理 化学 生物から選択できる大学が多く 地学 が選択できる大学は早稲田大 ( 教育 - 理 - 地球科学 ) 日本大 ( 文理 - 地球システム科学 ) など一部の大学にと どまっている 慶應義塾大 ( 理工 - 学門 1 学門 3 学 門 4) 早稲田大 ( 創造理工 - 環境資源工 ) では 英 数 理 2 の 4 科目を課しており 理科はいずれも物理 化 学が必須だ 数学は数学 Ⅱ 数学 B を出題範囲とする大 学が約 6 割で主流となっているが 難関大を中心に数学 Ⅲ 数学 C を課している大学も 3 割ある センター試験利用方式は 慶應義塾大 早稲田大 同 < 図表 1> 国公立大前期日程二次試験教科パターン 科目数 教科パターン 募集区分数 英 数 理 2 21 英 数 国 理 科目 英 数 国 地 1 英 数 ( 理 2 地 2) 1 数 理 2 4 英 数 理 3 3 科目 英 理 2 1 英 ( 数 理 2 2) 1 国 理 2 1 数 理 22 英 ( 数 理 1) 1 英 数 1 2 科目 数 ( 英 国 1) 1 数 国 1 ( 英 国 地 2) 1 理 9 ( 数 理 1) 5 英 小 2 数 2 1 科目 ( 英 数 国 理 1) 1 理 小 1 小 ( 数 理 1) 1 英 総 1 小 3 教科 小 実 2 なし 面 2 情 1 < 図表 2> 私立大一般方式教科パターン 科目数 教科パターン 募集区分数 4 科目 英 数 理 2 4 英 数 理 40 英 理 ( 数 国 1) 4 英 数 ( 国 理 1) 2 英 国 ( 数 理 地 3 科目公 1) 2 英 ( 数 地公 1)( 国 理 1) 1 英 国 ( 数 地公 1) 1 英 国 地公 1 ( 英 数 理 2) 2 ( 英 数 公 1)( 国 2 理 1) 2 科目 ( 英 理 1)( 数 国 2 1) 英 数 1 ( 国 理 1) 1 1 科目 数 小 1 河合塾調べ < 図表 1>< 図表 2> とも英 数 国 理 地 公の主要 6 教科を科目数としてカウント 74 Kawaijuku Guideline

7 概説入試情報固体地球科学東北大学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路< 図表 3 > 国公立大地球惑星科学を学べる大学予想難易度一覧 ( 抜粋 ) ボーダー得点率 (%) 理学系 ボーダー偏差値 工学系 農学系など ボーダー偏差値 教員養成系 ボーダー偏差値 93 東京 ( 理科一類 ) 京都 ( 理 - 理 ) 65.0 京都 ( 総合人間 - 総合人間理系 ) 名古屋 ( 理 ) 東北 ( 理 - 物理系 ) 60.0 東京工業 ( 第 1 類 ) 横浜国立 ( 理工 - 建 - 地球生態 ) 55.0 横浜国立 ( 理工 - 建 - 海洋空間 ) 東北 ( 理 - 地球科学系 ) 57.5 北海道 ( 総合入試理系 - 総合科学 ) 神戸 ( 理 - 地球惑星科学 ) 57.5 九州 ( 理 - 地球惑星科学 ) 広島 ( 教育 - 科学 - 自然系 ) 55.0 大阪教育 ( 教育 - 学 - 理科中学 ) 山口 ( 理 - 地球圏シス ) 47.5 九州 ( 工 - 地球環境工 ) 55.0 岡山 ( 教育 - 学 - 中学理系 ) 千葉 ( 理 - 地球科学 ) 55.0 東京海洋 ( 海洋科学 - 海洋生物資源 )55.0 広島 ( 総合科学 - 総合科学理系 ) 東京海洋 ( 海洋科学 - 海洋環境 ) 55.0 埼玉 ( 工 - 環境共生 ) 74 東京海洋 ( 海洋科学 - 食品生産科学 )55.0 金沢 ( 理工 - 自然システム ) 52.5 静岡 ( 理 - 生物科学 ) 52.5 首都大学東京 ( 都市環境 - 地理環境 ) 52.5 大阪教育 ( 教育 - 学 - 理科小学 ) 大阪市立 ( 理 - 地球 ) 52.5 東京海洋 ( 海洋科学 - 海洋政策文化 ) 52.5 岡山 ( 理 - 地球科学 ) 52.5 大阪府立 ( 生命環境科学 - 自然 - 均等 ) 57.5 広島 ( 理 - 地球惑星システム ) 静岡 ( 理 - 地球科学 ) 50.0 大阪府立 ( 生命環境科学 - 緑地環境科学 )50.0 群馬 ( 教育 - 学校 - 理科 ) 熊本 ( 理 - 理 ) 50.0 金沢 ( 理工 - 環境デザイン ) 50.0 愛知教育 ( 教育 - 中 - 理科 ) 宮城教育 ( 教育 - 中 - 理科 ) 神戸 ( 海事科学 ) 52.5 新潟 ( 理 - 自然環境科学 ) 47.5 宮崎 ( 農 - 海洋生物環境 ) 52.5 岐阜 ( 教育 - 学校 - 地学 ) 52.5 鹿児島 ( 理 - 物理科学 ) 47.5 愛知教育 ( 教育 - 初 - 理科 ) 滋賀 ( 教育 - 学校教育理系 ) 50.0 兵庫教育 ( 学校教育 - 初等教育 ) 鳴門教育 ( 学校教育 - 小中 - 理科 ) 67 茨城 ( 理 - 理 - 地球環境 ) 信州 ( 理 - 地質科学 ) 宮城教育 ( 教育 - 初 - 理科 ) 高知 ( 理 - 理科受験 ) 55.0 徳島 ( 総合科学 - 総合理数 ) 47.5 長崎 ( 環境科学 - 環境科学 B) 信州 ( 理 - 物質循環 ) 弘前 ( 理工 - 地球環境 ) 45.0 上越教育 ( 学校教育 - 初等教育 ) 鹿児島 ( 理 - 地球環境科学 ) 47.5 長崎 ( 水産 - 水産 ) 50.0 和歌山 ( 教育 - 総合教育 ( 理科系 ) 山形 ( 理 - 地球環境 ) 山口 ( 工 - 循環環境工 ) 45.0 新潟 ( 理 - 地質科学 ) 45.0 宮崎 ( 農 - 森林緑地環境 ) 50.0 富山 ( 理 - 生物圏環境 ) 47.5 大分 ( 教育福祉科学 - 学校 - 理科 ) 富山 ( 理 - 地球科学 ) 47.5 愛媛 ( 理 - 地学受験 ) 47.5 琉球 ( 理 - 海洋 ( 化学 ) 40.0 岩手 ( 工 - 社会環境工 ) 島根 ( 生物資源科学 - 地域環境科学 ) 50.0 鹿児島 ( 水産 - 水産 ) 45.0 島根 ( 生物資源科学 - 農林水産 ) 52.0 鹿児島 ( 水産 - 水産教員養成 ) 島根 ( 総合理工 - 地球資源環境 ) 50.0 鹿児島 ( 農 - 生物環境 ) 秋田 ( 工学資源 - 地球資源 ) 琉球 ( 理 - 物質 ( 地学 ) 45.0 は学部一括募集 < 図表 4> 私立大地球惑星科学を学べる大学予想難易度一覧 ( 抜粋 ) ボーダー大学 ( 学部 - 学科 ) 偏差値 70.0 慶應義塾 ( 環境情報 - 環境情報 ) 慶應義塾 ( 理工 - 学門 1) 65.0 慶應義塾 ( 理工 - 学門 3) 慶應義塾 ( 理工 - 学門 4) 早稲田 ( 教育 - 理 - 地球科学 ) 62.5 早稲田 ( 創造理工 - 環境資源工 ) 同志社 ( 理工 - 環境システム個別 ) 57.5 立教 ( 理 - 物理個別 ) 立教 ( 理 - 生命理学個別 ) 55.0 中央 ( 理工 - 物理一般 ) 中央 ( 理工 - 都市環境一般 ) 52.5 立命館 ( 理工 - 都市システムA) 立命館 ( 理工 - 環境システムA) 東邦 ( 理 - 化学 A 日程 ) 50.0 日本 ( 文理 - 地球システムA1) 日本 ( 文理 - 地理 A 方式 ) 東海 ( 海洋 - 航 - 航海学 A) 東海 ( 海洋 - 海洋生物 A) 47.5 岡山理科 ( 生物地球 - 生物地球 SA) 福岡 ( 理 - 地球圏科学前期 ) 東海 ( 海洋 - 水 - 生物生産 A) 45.0 東邦 ( 理 - 生命圏環境科 A) 名城 ( 理工 - 環境創造 A 方式 ) 42.5 大阪工業 ( 情報科 - 情報システム前 A) 大阪工業 ( 工 - 環境工前期 A 日程 ) 東海 ( 海洋 - 水 - 食品科学 A) 40.0 東海 ( 工 - 航 - 航空宇宙 A) 37.5 広島工業 ( 環境 - 環境デザインA) 埼玉工業 ( 工 - 生 -バイオA) 東海 ( 海洋 - 航 - 海洋機械 A) 東海 ( 海洋 - 海洋文明 A) 東海 ( 海洋 - 海洋地球科学 A) 東海 ( 海洋 - 環境社会 A) 35.0 立正 ( 地球環境科 - 地理 2 月前期 ) 立正 ( 地球環境科 - 環境シス2 月前期 ) 湘南工科 ( 工 -コンピ応用前 A) 広島工業 ( 環境 - 地球環境 A 日程 ) 九州産業 ( 工 - 物質生命化学前期 ) 30.0 九州産業 ( 工 - 都市基盤デザ前期 ) < 図表 5> 文科省所轄以外の大学校 ボーダー偏差値 大学 ( 学部 - 学科 ) 65.0 気象大学校 52.5 防衛大学校 ( 理工 ) ボーダーラインは 2012 年 5 月現在 独自の学科試験を課していない大学は ボーダー偏差値を設定していない 志社大を除く大学で実施している 全大学でセンター試験のみの入試を実施しているが 個別試験との併用方式も6 大学が行っている 教科 科目数を見ると 3 教科 3 科目で受験できる大学が5 割を占めており より科目負担の多い大学でも受験者が科目数を選んで受験できるよう いくつも方式を設けている場合がある 個別試験で理科を課す中央大 ( 理工 - 物理 ) のセンター併用方式以外は 全大学で理科を必須 もしくは選択科目に指定しているが そのうちの3 割が地学を選択できないので注意してほしい 理系の中では狙いやすい学科が多い最後に入試難易度について触れておこう 国公立大の ボーダー得点率は 学部一括入試を行っている難関大を中心に一部 80% を越す大学もあるが 全体を見れば 60% 前後にまで広く広がる平均的な分布となっている ただし 2 次試験のボーダー偏差値は 47.5 ~ 57.4 の募集区分で7 割を占めており 理系分野の中では狙いやすい分野である< 図表 3> 同じく< 図表 4>は私立大一般試験の難易度を 各学科の代表的な募集区分で一覧にしたものである 偏差値 49.9 以下が 6 割 特に 30.0 ~ 37.4 が全体の3 割であり 比較的狙いやすい大学が多い その一方で偏差値 50.0 ~ 70.0 にも満遍なく募集区分が分散しており 幅広い難易度の大学が集まっている Kawaijuku Guideline

8 固体地球科学 地球を構成する物質の構造や性質を実験に基づいて解明する 東北大学大学院理学研究科地学専攻大谷栄治教授 固体地球科学は 地球の内部の構造や運動を明らかにしようとする学問である 今回紹介する地球惑星物性学は 地球という惑星を構成する要素 すなわち地殻やマントル 核がどのような物質からできていて どのような性質なのか あるいはなぜできたのかを探究する しかし 半径 6,000km を超える地球内部の物質を 高温高圧の状態のままで取り出すことは不可能である そこで 実験により地球の内部環境を再現し そこでの物質の挙動を観測することで 地球内部に存在する物質の姿を推測しようという研究に期待が集まっている サンプルを採取することが難しい マントルや核を構成する物質を探究 地球惑星科学には 大きく 3 つの研究手法があります 1 つ目は 観測 で 気象観測や人工衛星による大気観 測 地震波観測など 野外から物理情報を得る手法です 2 つ目は 分析 で 野外から物質のサンプルを採取し て 精密な分析機器を使ってその物質の性質を明らかに する方法です 3 つ目は 実験 で 対象とする物質の 状態や自然環境などを再現し そこからモデルを構築し て理解を深めようという方法です 小惑星探査機 はや ぶさ のミッションに当てはめれば イトカワの写真を 撮ったりすることは 観測 であり イトカワから持ち 帰った微量な粒子を調べるのは 分析 にあたります そして その粒子がどうしてできたのかを実験室で再現 する研究は 実験 に分類されます 私たちの研究室は マントルや核などの物質の構造や 物性を 実験によって明らかにしようとしています 地 球内部に関しては 観測やサンプル分析で得られる情報 は限られるからです 観測で測定できるのは 地震波速 ( 注 1) 度や密度くらいですし 分析では マントルの岩石 が露出している場所から採取したサンプルから過去のマ ントルの情報は得られるものの 核の物質は得られませ ん しかもマントルや核を構成する物質が 高温高圧環 境でどのような状態で存在するのかについてはまったく わかりません これを知るために マントルや核を構成 していると思われる物質を使って マントルや核の内部 環境を実験的に再現し その性質を調べているのです 直径 0.1mm 以下のダイヤモンド平面に 地球内部の高温高圧環境を実現 しかし 核の中心は 365 万気圧 6,000K ( 注 2) といった 超高温高圧環境と考えられており 再現はそれほど簡単 ではありません 私たちは 主に 2 つの実験装置を使っ て 地球の内部環境に近づく努力をしています 1 つは ダイヤモンドアンビル高圧装置です これは ダイヤモンドを削って平面を作り その平面に試料を置 き もう一つ同様に加工したダイヤモンドの底面で挟ん で圧力をかける装置です 試料を置く平面は 0.1mm 0.05mm ほどで 圧力を小さな面積に集中させることで 理論的には地球の中心圧力を出すことができます そし てレーザー光線を使って試料を加熱します こうして微 量な試料を高温高圧状態にしてから そこにシンクロト ( 注 3) ロン放射光と呼ばれる強力なX 線を当てて 回折光 を分析することで試料の状態を把握します もう 1 つは マルチアンビル高圧装置です ダイヤモ ンドアンビル高圧装置と比べて かけられる圧力は低い のですが 1,000 倍もの体積の物質を扱うことができま す これらの実験装置を使うことで マントルや核の高 温高圧状態を作り出そうというわけです ( 注 1) 地震波速度 地震によって発生する 岩盤を伝わる波 ( 地震波 ) の速さのこと 地震波には進行方向と平行に伝わる P 波と垂直に伝わる S 波があり これらの伝わる速さによって地球内部の温度や物質の成分がわかる ( 注 2)K( ケルビン ) 熱力学温度を示す単位 熱運動がすべて停止する温度 ( 絶対零度 ) を 0K としている 現在 日常生活で使われている ( セルシウス度 ) は =K として定義されている ( 注 3) 回折 物質を伝わる波が障害物の背後などに回り込んで伝わる現象のこと 76 Kawaijuku Guideline

9 入試情報固体地球科学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路核マントル境界の温度が推定できたほか下部マントルに水が存在する可能性も実証私たちのこれまでの研究で 外核と下部マントルの境界 ( 核マントル境界 ) 内核と外核の境界 ( 内核境界 ) の温度がほぼ推定できるようになりました 近年 これらを構成する物質の化学組成がかなり判明してきていることから それらの物質を使って実験を行ったわけです 例えば 内核は鉄を主体とする固体 外核は鉄を主体とする液体なので 内核境界は固体と液体の鉄が混在する温度 すなわち融点であることがわかります そこで融解実験で融点を求めたところ 内核境界の温度は 従来から予測されていたよりも低い 約 < 図表 > 地球内部に水が入る概念図 ( 提供 : 大谷教授 ) 概東北大学説5,000K であることが確認されました 同様に核マントル境界は約 3,500K であることが推定されたのです また 核の組成を予想することにも成功しています 私たちは 核の主要構成物質である鉄とニッケルの合金 験で確かめられる可能性があります 将来的には 地球の中心の温度圧力環境を実現し 結晶構造 密度 そして音速などを測定することを目指しています ダイヤモンドアンビルの圧力限界まで挑戦し を伝わる音速を 170 万気圧という世界最高圧力で測定することができました この圧力は外核内部に相当します 音速がわかると 密度の推定ができますから そこから核の組成がわかるのです なお 内核には鉄とニッケル以外にも 硫黄やケイ素が入っているのではないかと考えられています そこで これらの物質が地球内部の温度圧力条件で どんな結晶構造や地震波速度を持っているのかも測定しようとしています 現在ではかなり地球内部の状況に近い圧力が実現できており 内核の圧力では温度は 1,000K くらいを達成していますので 今 たいと思っていますし ダイヤモンドより硬い物質の開発も視野に入れながら 実験の精度を高めていく予定です 再現不可能な 起源 に迫る醍醐味が地球惑星科学の最大の魅力私たちの研究分野である地球惑星物性学は 地球内部を対象にしていますが 岩石学や鉱物学だけでなく 地震や隕石 惑星などの情報も重要です そのためには 地球惑星科学の他の分野の人たちとも意見交換できるこ 後 これを内核境界の条件 330 万気圧 4 6,000K まで高め そのような条件で結晶構造の解明 密度の決定 そして地震波速度の測定を行いたいと考えています このほか 地球内部の水の循環についても新たな発見がありました マントルの中には水を含んだ鉱物 ( 含水鉱物 ) があると考えられていますが 詳細はわかっていません しかし 私たちは実験により 核マントル境界の非常に高い圧力でも水を水酸基として蓄えていられる鉱物を見つけました これは 下部マントルにも水が鉱物中の結晶水として安定的に存在することを示しています 地下 4 500km の大深度で発生する深発地震の原因はまだ分かっていませんが 含水鉱物が分解して流体の水ができることが原因だと言われており それらも実 とが必要であり 日頃から 学生が幅広い視点を持てるような教育を心掛けています また 地球惑星科学以外でも 物理学や化学 材料科学などは高圧科学として関連が深いため そこからの刺激も大切にしています 最後に 地球惑星科学の醍醐味は 起源 を明らかにすることにあると考えています よく科学の本質は再現性があることだと言われていますが 起源 は再現できません 元素や宇宙 太陽系 惑星 地球 生命 人類などの 起源 は実験で確かめることができないのです ところが 自然科学でもっとも大切な部分は まさにその 起源 です そこにアプローチできるのが 地球惑星科学の最大の魅力です Kawaijuku Guideline

10 気象学 大気現象の物理的なメカニズムを解明し天気予報の骨格となるモデル構築をめざす 京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻里村雄彦教授 大気海洋 環境科学は 大気 海洋 陸域表層 ( 陸地の表面 ) を扱う領域であり そ の代表的な学問分野が気象学である 雨や風 雪 台風 梅雨など天気に関わる事象は すべて大気の流体現象であり 気象学では それらの物理的なメカニズムを探究する ただし 気象現象は多くの要因が複雑に絡まって生じるため 全体を単純な物理法則で 説明することは難しい そこで 研究する気象現象を絞り込み 対象となる地域の地形 的な特徴などに基づいて研究を進めることが主流になっている 空間的なスケールの大きさによって 適用する理論が異なる気象現象 気象現象は生活に多大な影響を及ぼすため その変化 のメカニズムについて 人類は太古から関心を持ってき ました 現在の気象学につながる研究は 19 世紀半ば にフランスで始まりました 当時 天気は風が吹いてく る方向から変化することがわかっており 電信 ( 電報 ) の発達で風上の天気の情報をほぼリアルタイムで収集で きるようになったことから 天気図が作られるようにな りました 20 世紀前半には 観測の結果から低気圧の 初歩的な構造モデルが提唱され 気象現象の科学的な理 ( 注 1) 解が進みました 1950 年代には数値予報が始まり ます 以後 コンピュータの発展とともに天気予報の精 度を高める努力が続いています このように気象学は天 気予報からスタートした 技術 に近い側面を持った 学問なのです 気象学は地球表層を取り巻く大気を研究対象としてい ます 大気は上空 1,000km くらいまで存在しますが 上部ほど希薄になるため 100km くらいまでが気象学 の主な対象です 特に成層圏 (10 50km) の下部から 対流圏 ( 地表 10km) にかけては 低気圧や台風など 災害と直結する気象現象が発生します 防災も含め こ の領域で発生する気象現象の仕組みや運動を解明するこ とが気象学の大きな役割です また 海洋科学とは密接 な連携が行われています 例えば台風は海上で発生しま すし 海洋と気象は関係が深いのです 現在の気象学では 気象現象を水平距離の大きさに よってマイクロスケール メソスケール 総観スケール 惑星スケールに分けて研究を行うことが一般的です < 図 表 > なぜなら スケールごとに前提となる理論や考え 方が異なるからです 例えば総観スケールの低気圧は 地表から水平の方向には数千 km の広さを持つのに対し 垂直方向の高さは 10km 程度と水平方向の距離の数百分 の 1 であり ほぼ平面の運動として考えることができま す 一方でメソスケールの積乱雲は 垂直高度も水平距 離も約 10km と ほぼ同じであるため 立体的な運動と して捉える必要があります このように 研究の前提も 大きく異なるのです スコールラインにおける 雨の日変化 を レーダー観測とモデルを使って解明 私はメソスケールの気象現象の中でも 積乱雲と積乱 雲群を主な研究対象としています 積乱雲群の仲間には 積乱雲が帯状に連なって発生する現象で スコールライ ンとも呼ばれる強い雨を降らせるものもあります メソ ( 注 2) スケールでは 気候や地形といった地域的な特性を 理解できないと 対象とする気象現象をイメージできま せん また 研究に用いる気象モデル ( 注 3) も地域によっ て大きく異なります そのため 対象とするフィールド を絞る研究者が一般的です 私は インドシナ半島の気象現象を主に研究していま す インドシナ半島は ベトナム戦争やカンボジア内戦 などが続いたため 最近まで近代的な気象学の研究はほ ( 注 1) 数値予報 物理法則に基づいて 風や気温などの時間変化をコンピュータで計算して将来の大気の状態を予測する方法 ( 注 2) 気候 気象状況の平均的状態 日本では比較時点の前の 30 年間の平均値を 平年値 としている 気象学は時間変化や日変化 季節変動などを中心に扱い 気候学は数十年単位の平均状態を扱う ( 注 3) 気象モデル 対象とする気象現象がどのように発生しているのか 要因等を簡素化し 数式で表したもの 78 Kawaijuku Guideline

11 入試情報固体地球科学気象学生命地球科学授業 ゼミ紹介卒業後の進路とんど行われていませんでしたが 1990 年代半ばから各国に観測網などが整備さ れ ようやくデータが集まるようになりま した そこで このフィールドで特徴的な 気象現象であるスコールラインの研究を 始めたのです 観測やモデルを使ってス コールラインが発生するメカニズムを推 定する研究から始め 現在では 半島内で も特に雨量が多い地域や時間帯が存在す る理由の解明を目指した研究を進めてい ます 研究の出発点は なぜ いつも決まった 時間に雨が降るのか という単純な疑問で した インドシナ半島の平野部では雨季に なると 積乱雲群によって夕方から夜に雨 が降ることが多いのです 一般的に 積乱 雲は日射の強い昼に発生して その場で雨 を降らせてすぐに消えるというイメージがありますが 私は山の斜面で発生した積乱雲が数時間かけて数百 km も移動して 平野部に雨を降らせているのではないかと 考えました そこで 積乱雲が山で発生して平野部に移 動する気象モデルを検討するとともに インドシナ半島 の各国の気象レーダーや雨量計を使って いつ どこで どれだけ雨が降っているか 可能な限りデータを集めま した 雨は層雲からも降りますから 積乱雲群から降っ た雨だけを抽出します その結果 一日の中で積乱雲群 が移動することによって雨の降る様子が変化していくこ とが明らかになりました 台風についても研究を進めています 北太平洋で発生 する台風は通常 上陸すると水蒸気の供給がなくなって 勢力は弱まります ところが インドシナ半島では 1 2 年に 1 回程度 上陸しても衰えずに半島を突っ切っ てしまう台風や 多少は弱まるものの雨を降らせ続けて インド洋に抜けてさらに発達する台風などが発生します しかも雨季の終わる秋口に多いこともわかってきました そこで インドシナ半島各地の気象台と連携して気象 データの収集と解析を進め そのメカニズムを解明し モデル化しようと考えています インドシナ半島はベトナム側とインド洋側の山脈に囲 まれており 気象現象にも山の存在が大きく影響してい ます そこで 山が気象に及ぼす影響を盛り込んだモデ < 図表 > 気象現象とその時間的 空間的な広がり 概 気象現象では その空間的な大きさと持続時間との間に ほぼ相関関係がみられる 数千 km の大きさを持つ低気圧は数週間以上勢力を保つこともあるが 10km 程度の積乱雲は数時間で消える ( 提供 : 里村教授 ) ルの構築も視野に入れています 各国の気象予報で使っ ているようなモデルは多数の部品を組み合わせており 個人の研究者が作成できるようなものではありませんが 将来的には インドシナ半島各地の気象予報の骨格とし て使えるモデルを作成したいと考えています 美しい現象を扱って社会に役立つ点が魅力 気象学は応用物理学の一分野ですから 大学で気象学 を学ぶには数学と物理学が必須です 専門課程に進むと 気象現象に影響を与える地表の植生や火山 海洋科学な どの関連領域も学びます 近年では GPS ( 注 4) の位置 測定の誤差から大気中の水蒸気量を推定し 雨量予報な どに生かす研究も進んでいますから そうした知識も 持っておくとよいでしょう 気象学はさまざまな基礎科 学に立脚した学問領域ですから 幅広い知識が必要なの です 気象現象の特徴は 各種の雲の色や形をはじめとして 美しいものが多いことです 台風や低気圧にしても 宇 宙から眺めると美しい形をしています 一方で それら が通過する地上では ときに数千人もの犠牲者が出るこ ともあり 防災を進めていく上でも 研究の社会的意義 は極めて大きなものがあります 自然が作り出す美しい 現象を扱いながら その研究成果が直接社会の役に立つ というのは 気象学の大きな魅力だと思っています 東北大学京都大学九州大学富山大学説( 注 4)GPS 全地球測位システム (Global Positioning System) アメリカが打ち上げた軍事衛星から信号を受信し 受信者の現在位置を知るシステムで カーナビゲーションなどに活用されている 大気中の水蒸気量や気温によって信号に誤差が生じる不具合を逆に利用して気象学の研究も進められている Kawaijuku Guideline

12 の学 学科 生命地球科学 地球と生命の相互作用を解明し生命を育む水や生命をつくる有機物の起源を探る 九州大学大学院理学研究院地球惑星科学部門有機宇宙地球化学研究室奈良岡浩教授 地球上の生命は 地球の環境から一方的に影響を受けるだけではない 大気中の酸素を生命が作り出したように 地球の環境や進化にも生命は大きく関与している 生命地球科学 ( 地球生命科学 ) は こうした生命と地球との相互関係を明らかすることを目的にしている また 最近では 地球の極限環境に住む生物の発見と太陽系外惑星の発見なども結びつき 宇宙 太陽系における生命の起源を探る研究も盛んに行われるようになっている 特に隕石からもたらされる情報は そこに大きなヒントを与えてくれる 地下生命圏の発見で期待が高まる 生命地球科学とアストロバイオロジー 高校までの地学は 岩石や地震 気象 天文などに関 する内容が中心で 生命に関してはあまり触れられてい ません しかし 地球の歴史を考える上で生命の役割が 非常に大きいことが明らかになるにつれ 地球と生命の 相互作用を考える生命地球科学 ( バイオジオサイエンス ) が急激に発展してきています 生命地球科学に注目が集まった 1 つのきっかけは近年 の地球環境変動です 例えば地球温暖化は 人間が産業 活動によって温室効果ガスである CO2 を排出すること も一因でありますが 逆に大気中に CO2 がなくなれば 全地球は凍結してしまいます また 他の温室効果ガス であるメタンや窒素酸化物は土壌中でバクテリアなどが 有機物を分解する際などにも発生しており こうした生 物の活動がどれだけ地球史における温暖化に影響を与え るのかはよくわかっていません そこで 生命活動が地 球に与える影響を正しく評価した上で 今後 人間がな さねばならないことを明らかにしていくことが求められ るようになったのです 生命の起源を探ることも 生命地球科学の重要なテー マです その手がかりの 1 つが 地球上の極限環境の生 ( 注 1) 物の研究です 1970 年代末に深海の熱水噴出孔で 豊富な生物群の存在が確認されたほか ボーリング調査 により地下何キロメートルもの深さで活動する古細菌 ( アーキア ) という生物も発見されています これらの 生物は 太陽光はもちろん 酸素もなく 高温高圧の環 境でも生きられるのです こうした生物が存在すること は 地球とは異なる環境を持つ惑星にも生命が存在でき る可能性を示しています 近年 太陽系外惑星 ( 太陽系 の外にある惑星 ) が多数見つかっていますが その中に 生命が存在する可能性のある惑星が発見されることは十 分あります こうした背景の中で 宇宙における生命の普遍性や起 源を研究する分野として アストロバイオロジー とい う学問分野が急速に伸びてきました 地球における極限 環境生物に関する研究と アストロバイオロジーによる 地球外生命の研究が密接に関わりながら 生命の起源を 巡る研究が盛んに行われています 隕石に含まれる水やアミノ酸が 地球に海や生命を生み出した可能性も 生命の誕生にアミノ酸が重要な役割を持っていたこと はほぼ間違いありませんが そのアミノ酸の起源は未だ に明らかになっていません 地球上の生物が用いるアミノ酸はグリシンやアラニン ( 注 2) グルタミン酸など 20 種類の そのうちL 型のみです アミノ酸を人工的に合成すると L 型と D 型が同量生成さ れるのですが なぜ生体では 20 種類の それも L 型だ けを使っているのかは解明されていません ( 注 3) ミラー ユーリーの実験などで原始大気 ( 地球誕 ( 注 1) 熱水噴出孔 地熱で熱せられた水が噴出する場所 深海底を含むプレートの境界など 火山活動が活発な地域で見られる ( 注 2)L 型 有機物など三次元構造をとる物質のうち 構成する原子が全く等しいにもかかわらず 右手と左手のように空間的に鏡像の関係にあり 重ね合わせることができないものを光学異性体といい L 型 D 型に分類される 80 Kawaijuku Guideline

13 固体地球科学気象学生命地球科学授業 ゼミ紹介卒業後の進路生直後の大気 ) に含まれる物質からアミノ酸 < 図表 > マーチソン隕石 ( 左 ) と その薄片 ( 右 ) が合成できる可能性が示された一方で 宇宙 からもたらされた可能性も指摘されています 例えば 電波望遠鏡によって 宇宙に広が ( 注 4) る分子雲の中には CO HCN( シアン 化水素 ) H2O アンモニア ホルムアルデ ヒドなどの分子が数多く漂っていることが明 らかになっています それら比較的存在量の 多い分子を熱するとアミノ酸ができます つ まり 生命は宇宙空間で最も使いやすい材料 を使って構成されていると言うこともできる のです また 1969 年にオーストラリアに飛来したマーチソ ン隕石 < 図表 > や南極大陸から採集された隕石からは 現在までに 70 種類以上のアミノ酸の元となる有機物が 検出されています 地球上の生物が用いる 20 種類のう ち 10 種類ほどが含まれており しかも D 型に比べて L 型が過剰に含まれていました 分析の結果 それらは地 球で混入したものではなく 地球外で生成されたもので あることがわかりました つまり 地球上の生体で用い られているアミノ酸は 宇宙から隕石によってもたらさ れた可能性があるのです 生物が生きていく上で不可欠な水に関しても 地球上 の水あるいは海がどのように生成してきたのか未だに解 明されていません しかし 隕石の中には鉱物の成分と して水分が約 10% 有機物が約 2% の割合で入ってい るものもあります 中には 隕石を構成する鉱物の結晶 の中に液体の水が閉じ込められていることもあります これら炭素質隕石が大量に地球に降ってきたとすれば 地球上の海水や有機物の量を説明できる可能性もありま す 宇宙から生命 ( の部品となるアミノ酸 ) がやってき たとしても少しも不思議ではないのです 概説入試情報 隕石の内部にはOH 基をもった結晶 ( 含水鉱物 ) が含まれていることがある 隕石によっては 液体の水 H2O として結晶構造の中に閉じ込められている場合もある 隕石は熱伝導率が悪いため 大気圏に突入して表面が燃えても 内部は宇宙温度 ( 数ケルビン ) を保っており 水も蒸発しないのである ( 提供 : 奈良岡教授 ) 有機物の分析技術の開発も進めています 現在は数ミ リグラムの試料で分析可能ですが その 1,000 分の 1 の 数マイクログラムで分析できるようになれば 隕石のご く微量な一部を調べるだけで アミノ酸の有無や構造が 解析できるようになり 宇宙でのアミノ酸の生成メカニ ズムをより詳細に把握できるようになるからです この 技術開発は 水や有機物を多く含んだ小惑星の探査を目 的とした はやぶさ 2 プロジェクトでも役に立ちます 太陽系のどこにどんなアミノ酸や水があるのかがわかれ ば生命の起源にさらに迫ることができますし 将来人類 がより遠い惑星に探査に出かけるときの オアシス と して活用することもできます 地球と生命の相互作用に迫る研究としては メタンハ イドレートに関する研究を進めています メタンハイド レートはメタンと水分子が結合してできた氷状の固体物 質であり 新しいエネルギーとして注目を浴びています が メタンガスは非常に温室効果が高く 地層中のメタ ンハイドレートが崩れると一気に地球温暖化が進む可能 性もあります そのため メタン生成菌がどのような環 境でメタンガス メタンハイドレートを生成するのかを 探究するとともに 地球環境とメタン生成菌との関係に 東北大学京都大学九州大学富山大学 はやぶさ2 のミッションに向けてより少ない量で精密分析ができる技術を開発私たちは 隕石や深海底などに有機物がどのような姿で存在しているか どのような特徴を有しているのかを 精密化学分析の手法を用いて調べています 宇宙由来の有機物を分析するという立場から はやぶさ プロジェクトにもかかわり イトカワの微粒子も分析しましたが 残念ながら有機物は今のところ見つかっていません ついても掘り下げています 生命は地球や惑星と深く関わっています その進化を辿るには生物学だけでなく 宇宙から海底 地下までをカバーする地球惑星科学の幅広い知見が必要です 私たちの研究は さまざまな場所でサンプルを採取して分析することが基本で 長期間のフィールドワークを行うこともありますが だからこそ 地球のいろいろな姿を目の当たりにすることができ 生命についての豊かなイメージを持つことができるのだと思います ( 注 3) ミラー ユーリーの実験 原始大気の成分と考えられていたメタン 水素 アンモニアと熱した水蒸気の混合気体に放電し アミノ酸が生成できた実験 (1953 年 ) 単純な物質からアミノ酸が合成できることを示したことで知られる ( 注 4) 分子雲 宇宙空間にある一定のまとまりをもったガスや宇宙塵からなり 星が形成される場である 大部分が水素分子で構成されるが 多様な有機分子も存在する Kawaijuku Guideline

14 授業 ゼミ紹介 ( 前列左より石崎准教授 清水学部長 大藤教授 ) 実際の自然界で見られる岩石や地層を観察し自然に対する観察眼と洞察力を養う巡検 富山大学理学部地球科学科 巡検 清水正明学部長大藤茂教授石崎泰男准教授 岩石や地層には 地球の進化の歴史を読み解く手がかりとなる膨大な情 報が含まれている 岩石の性質や地層の重なり具合から その地点で地殻 がどのように活動してきたのかが明らかになり さまざまな地域の状況を 総合することで 地球の動きが見えてくるからだ 巡検は そうした情報 を読み取るためのトレーニングであり 地球惑星科学の教育では特に重視 されている ここでは 富山大学理学部地球科学科の巡検を紹介する 地域的 時間的な広がりのなかで自然界の複雑なシステムを読み解く 一般的に ある学問的なテーマを追究するために 対 象とする事象が起きている現場で行う調査活動をフィー ルドワークというが 地質学の分野では特にこれを 巡 検 と呼び 教育の大きな柱として位置づけている か つては どの大学でも大規模な巡検を実施していたが 現在では大学教員の人員不足や 安全管理の徹底が求め られるようになったことなどから 規模は縮小傾向にあ る そんな中でも富山大学は巡検に力を入れており 地 質学関連分野の全教員で指導にあたっている 地質学は岩石や地層などから地球の構成物質や形成 の歴史を読み解く学問ですが 地球は人間の一生に比べ て極めて長いスケールで かつ複雑なシステムで変化す るため その歴史を読み解くことは容易ではありません そこで 地質学では巡検を非常に重視してきました 巡検では 岩石や地層を詳細に観察しますが その観察 によって 背後にある複雑な動きを読み解くことができ るからです と 大藤茂教授は巡検の意義を語る 考えてみれば 自然科学はすべて自然の観察からス タートしている 観察から新たな発見がもたらされ そ こから得られたさまざまな事実から その現象の仕組み が明らかにされてきた 自然現象は複雑なシステムで動 いており 現象を単純な要素に分解して考えると同時に 複雑なものを複雑なものとして捉えることも必要になる 自然科学はその両輪で発展してきたのである 地質学の研究には 観察した岩石や地層の特徴を単純 化して理解し それを再び総合することで 地球内部の 変化という複雑なシステムを考察する能力が必要である こうした能力を巡検の中で培うのである 1~3 年次にかけて巡検が開講され 3 年次には 3 週間の合宿を伴う実習も 富山大学の巡検は 1~3 年次まで毎年設定されてい る 1 年次の 野外実習 Ⅰ は 地球科学科 1 年次の必 ( 注 1) 修科目で 富山県内の特徴的な露頭を日帰りで巡る 高校で地学を履修していない学生に地球惑星科学の調査 法や考え方を理解させる導入科目であると同時に 学科 のオリエンテーションも兼ねている 2 年次の 野外実習 Ⅱ は 地質学を専攻することを 希望する学生を主な対象とする本格的な巡検で 日帰り の 山田川巡検 ( 富山県内 ) と 2 泊 3 日の 能登半 島巡検 からなる プロの調査法を現地で学ぶことが目 的であり 地層の積み重ねを観察してルートマップ ( 注 2) ( 注 3) や柱状図を作成し 日本海誕生の経緯やその前後の 環境変化を読み取っていく 3 年次には 地質調査法実習 と 地質学巡検 が 開講されており どちらも地質学を専攻する学生には必 修の授業である 地質調査法実習 では 富山県内の山の中で 3 週間 ほど合宿し 地質調査を行う 調査地周辺にどんな地層がどのように分布している かを表現する地質図を作成して 富山の大地がどう形成 ( 注 1) 露頭 野外において 地層や岩石が表土に覆われずに露出している場所 ( 注 2) ルートマップ 岩石や地層を調査した場所を 地形図に記入したもの 地域全体の地殻の動きを考える際の重要な資料になる ( 注 3) 柱状図 地層を構成する岩石などを詳細にスケッチしたもの 粒子の大きさや色 状態 性質などを 地層の重なりの順に記入していく 82 Kawaijuku Guideline

15 されたかを考察します 岩 図表１ 巡検の様子 図表２ 学生が作成した柱状図 概説 石や地層の重なりや分布 状況を面的に捉えるには 最低でも３週間くらいの 時 間 が 必 要 な の で す ま 入試情報 た 卒業論文や修士論文を 執筆するには 自力で地質 を読み解く能力は不可欠 です かつては 実習後に 提供 石崎准教授 提供 石崎准教授 になるための進級要件になっていたほど重要な巡検なの 見できるようになります 見えなかったものが見えた瞬 です 大藤教授 間に 自分はわかるようになった という大きな手応 一方 地質学巡検 では 北海道巡検 ４泊５日 四国巡検 ６泊７日 富山県内の 真川巡検 １泊 えを感じます と語り 同専攻２年の金光玄樹さんも 卒 業論文で 初めて１人で野外に出て 何もわからなかっ たときの悔しさは忘れられません サンプルを持ち帰り える上で特に重要な地域を巡るもので 北海道巡検では 薄片にして顕微鏡で観察し 再び現場に戻って顕微鏡の 火山活動の痕跡を観察し 四国巡検では１億年以上前の イメージと現場の石をつなぎ合わせるといった作業の繰 古い地層を調べ 真川巡検では断層や地下の深いところ り返しで見る目が育ってきました だから現場にいくこ で形成される変成岩などを観察して地下で何が起きてい とはとても重要なのです と振り返る や地層を直接観察し 情報を読み取る経験を積んでいく 門にする石崎泰男准教授は次のように語る 実際には 学部４年生や修士１年生の段階では 地 層から読み取れる情報はそれほど多くありません しか める清水正明教授は次のように語る し トレーニングを積むことでより多くの情報を得る力 を身に付けられるのは確かです そのため 学部生を対 の事象を扱っており そうしたスケール感を養う大切な 象とした巡検では 学生自身に 目からうろこが落ちる 教育科目が巡検です 巡検では 学生は山や自然の中に ような 発見を体験してもらえるような授業を心がけて 飛び込み 五感を研ぎ澄ませて 自ら率先して何かを見 います その体験が トレーニングを積む動機につながっ つけ出してこなければなりません 講義での理解と並行 ていくと考えているからです して こうした巡検を段階的に積み重ねることで 学ぶ 巡検では ルートマップ 柱状図 地質図などを手書 ことに対して受け身だった姿勢を 主体的に学ぶ姿勢に きのスケッチで作成する 図表２ 最終的にはデジタ 変化させていく教育効果もあります ルデータにするが 現場ではスケッチが基本だ 同じ岩石や地層を見ても そこから見出すものは人 見えなかったものが見えてきた瞬間に 学生が感じる大きな手応え によって違います スケッチは そこから自分が重要だ 学生も巡検を好意的に捉えている 大学院理工学教育 観察することの本質であり 情報を読み取る力につな 部地球科学専攻１年の森田考美さんは 巡検で火山岩の がっていくのです 巡検では 自然の中に残されたヒン 観察をしたとき 露頭を見ても 最初はただ軽石がある トを手掛かりに 地球の歴史という大きなストーリーを ということしかわかりません しかし 段階を経るごと 組み立てていきます その意味では 非常に高度な頭脳 に 単なる軽石が 噴火による火砕流による堆積物であ 労働であり シャーロックホームズの世界にも匹敵する ることがわかり さらに複数回の火砕流の痕跡さえも発 魅力にあふれていると思います 大藤教授 と思った要素を抽出することにほかなりません これが Kawaijuku Guideline 卒業後の進路 地球科学は 時間的にも空間的にも壮大なスケール 授業 ゼミ紹介 富山大学 このようなカリキュラムの狙いについて 理学部長を務 生命地球科学 九州大学 これらの巡検を通して 学生はさまざまな地域の岩石 巡検を担当する教員も工夫を欠かさない 火山学を専 気象学 京都大学 ２日 の３種類の巡検を行う 日本列島の生い立ちを考 るのかを考察する 固体地球科学 東北大学 作成する報告書が４年生

16 卒業後の進路 研究手法を生かして幅広い業界に就職関連する資格も多数 地球惑星科学の出身者は 研究志向が強い理学系にあって 学生時代に身に付けた研究手法などを生かして学部卒業後に就職する人の割合が比較的多いという特色がある 教員免許をはじめとして 資格を取得できる学科も多い 大学院進学後は 他の理学系統と同様に 製造業で開発などに携わるケースが目立つ 地学系統の学部出身者は就職する割合が高い地球惑星科学は 学部系統でいえば理学系に分類される 文部科学省の 2011 年度の学校基本調査によれば 理学系出身者の大学院進学率は 44.7% で 工学系の 38.3% 農学系の 27.3% を大きく上回っている 逆に就職率 ( 卒業者に対する就職者の割合 以下同 ) は 39.4% で 農学系 56.9% 工学系 48.1% より低い 理系の他の学部系統と比べても 理学系の進学志向の高さが際立っている 学校基本調査では 地球惑星科学を学べる学科は理学系の 地学 に分類されるものが多い ただし 宇宙から地球内部まで非常に幅広い研究対象を持つ地球惑星科学は 学べる学科も幅広く 例えば地球惑星物理学科などは 物理学 に 海洋学科や生物地球システム学科などは 理学 の その他 に分類されるため 必ずしも 地学 が地球惑星科学を学べる学科を網羅しているわけではないが ここでは 地学 に代表させて 物理学 化学 生物学 の各分野出身者との進路の違いを比較してみる< 図表 1> 地学 出身者の大学院進学率は 41.6% で他分野出身者よりも 10 ポイント以上低く 逆に就職率は 41.0% で他分野出身者と比べて 10 ポイント程度高い 学部卒業者に関しては 地学 は大学院に進学する学生が多い理学系の中にあって 比較的就職者が多い学科系統といえる なお 大学院修了者では 修士 博士ともに進路状況に他分野との間に大きな差は見られない ちなみに大学の設置者別にみると 地学 出身者の学部卒業後の就職率は 私立大で低く 国公立大で高い 物理 化学 生物学 でも同様の傾向を示しているが 私立大では これら3 分野の就職率が 40% 前後であるのに対して 地学 は 61.2% と特に高くなっている 専門的な職業を中心に幅広く進出次に就職先の特色については 地球惑星科学が属する理学系でみていく こちらのデータも 2011 年度の学校基本調査から作成した 理学部 工学部 農学部の 2011 年度の産業別 職業別の就職先データについては 本誌 2011 年 11 月号 農学 に掲載しているので参照されたい ( 注 1) < 図表 1 > 理学部の分野別 課程別卒業後の状況 学部 業後の進 修士課程修 後の進 地学生物学物理学化学 地学生物学物理学化学 (%) (%) 進学者 者 研修 ( 予定者を含む ) 修学校 外国の学校等入学者 一時的な 事に いた者 左記以外の者 不詳の者 (2011 年度学校基本調査より作成 ) ( 注 1)2011 年 11 月号 農学 では 2011 年 10 月現在のデータを用いており 今回のデータとは一部数値が異なっている 84 Kawaijuku Guideline

17 固体地球科学東北大学京都大学気象学生命地球科学九州大学授業 ゼミ紹介富山大学卒業後の進路< 図表 2> 地球 資源および関連分野 の JABEE 認定プログラム一覧 概説入試情報高等教育機関名 認定プログラム名 認定開始年度 ( 日本技術者教育認定機構 JABEE 認定プログラム分野別一覧より作成 ) 北海道大学 工学部 環境社会工学科 資源循環システムコース 2008 山形大学 理学部 地球環境学科 2009 茨城大学 理学部 理学科 地球環境科学コース 地球科学技術者養成プログラム 2008 千葉大学 理学部 地球科学科 2006 新潟大学 理学部 地質科学科 地質エンジニアリングコース 2005 信州大学 理学部 地質科学科 応用地質科学コース 2006 島根大学総合理工学部地球資源環境学科 2003 山口大学理学部地球圏システム科学科地域環境科学コース 2009 首都大学東京 都市環境学部 都市環境学科 地理環境コース 2008 大阪市立大学 理学部 地球学科 地球システムコース 2004 日本大学 文理学部 地球システム科学科 2003 職業別の就職先では 理学系の学部卒業者は 専門的 技術的職業 に従事する人が 51.7% と最も多く 事務 21.3% 販売 15.2% と続く 半数以上が専門的 技術的職業に就いているが 工学系の 73.3% に比べれば少なく 幅広い職業に進出しているといえる ただ 専門を生かした職業とはいえ 学部卒の場合は 情報処理技術者と教員で6 割以上を占めている 製造業などの開発技術者を目指す場合は 修士課程まで進学することを視野に入れた方がいいだろう 産業別の学部卒業者の就職先は 教育 学習支援業 18.6% 製造業 18.4% 情報通信業 17.6% の順に多く 工学系や農学系に比べて教育関係に就職する人の割合が高い 一方 修士課程修了者の場合 製造業 45.9% 情報通信業 16.9% 教育 学習支援業 8.7% の順となり 工学系や農学系と同じ傾向を示す 理学系の出身者は 学部卒では教員などを中心に幅広い職業に就き 修士修了後は製造業を中心に活躍する人が多いことがわかる 研究手法を生かした就職も地球惑星科学を学んだ学生も 理学系と同様の就職状況と考えていいだろう ただ 専門を生かした職業はそれほど多くないのが実情だ 学問を追究していくと 研究職を目指す人も多くなるが 最近は研究者への道はかなり狭い ただ 研究活動の過程で身に付けた物事の根本を追究する姿勢や思考スキルは どんな分野で仕事をしていく上でも強みになる能力であり 異分野で活躍する人も少なくない また 専門分野に関係する就職というより 研究手法を生かした就職をするケースも多く見られる 地球惑星科学は研究領域が多岐にわたっており 研究手法も多様なことが 幅広い就職を可能にしている面もあるからだ 例えば 学生時代に地球内部の構造について研究した人が 高温 高圧の材料を扱う技術を身に付け 材料を開発する企業に就職したり 気象学などで大量のデータ解析を行ってきた人が IT 関連企業に就職するといった例などが見られる 教員免許や測量士 技術士などの資格にも対応最後に 地球惑星科学分野に関連した資格について触れておこう まず 理学系の就職先に 教育 学習支援業 が多いことからもわかるように 理学系の学部は教員免許を取得できる場合が多く 地球惑星科学を学べる学科でも 中学校 高校の理科の教員資格を取得できるところは多い また 地質学系の学科では 測量学 に関する科目を開設しているところもある 所定の科目を履修すれば 測量士補 の資格を取得することができ その後 実務経験を積むことで 測量士 資格を取得できる さらに 大学によっては JABEE ( 注 2) の認定を受けている学科もある< 図表 2> JABEE に認定された教育プログラムを履修した学生は 卒業後は 修習技術者 となり 技術士試験の一次試験を免除される 実務経験を経て一次試験に合格すれば 該当する技術部門で 技術士 ( 注 3) として活躍することができる 志望する学科でどんな資格が取得できるかは 大学のホームページなどで確認しておこう また 気象予報士 の資格は 年齢や学歴等の受験資格はないため 誰でも受験できる 合格率が5% 前後と低く 難関の資格の一つとして知られているが 大学で気象学を専攻した場合には 資格取得に関連する科目を専門的に学ぶため 気象予報士 資格の取得には有利といえる ( 注 2)JABEE 日本技術者教育認定機構 大学などの高等教育機関で実施されている技術者教育プログラムが 社会の要求水準を満たしているか公平に評価し 認定する非政府団体 ( 注 3) 技術士 国によって科学技術に関する高度な知識と応用能力が認められた技術者 コンサルティング業務のほか 企業内における業務 公的機関への協力 行政への協力 海外支援等の業務を行う Kawaijuku Guideline