地学・気象のサンプル問題

正解: 細かい水滴や氷の粒

雲は、大気中の水蒸気が上空で冷やされて細かい水滴（液体）や氷の粒（固体）になり、それが無数に集まって浮いているものです。水蒸気は透明な気体なので目には見えず、雲の正体は「気体のまま」ではありません。ちりやほこりは雲粒が付着する「凝結核」として役立ちますが、それだけでは雲にはなりません。「泡のような空気」という選択肢は物理的に存在しない概念です。高い雲（巻雲など）は氷の粒でできており、白くなったり光を散乱して薄い膜のように見えます。低い雨雲は主に水滴でできています。

正解: マグニチュード

マグニチュード（M）は地震そのものが放出したエネルギーの大きさを表す尺度で、震源の大きさに対して1つの値が定まります。震度は各地点での揺れの強さを表す尺度で、同じ地震でも震源に近い場所ほど大きく（最大震度7）、遠い場所ほど小さくなります。最大加速度（ガル：Gal）は地面の揺れの加速度を示す物理量で、工学的な設計に使われますが、震度とは別の概念です。震央距離は震源の真上の地点（震央：しんおう）から観測地点までの距離で、揺れの大きさを表す尺度ではありません。「マグニチュードが大きいのに震度が小さい」というケースは、震源が非常に深い場合に起こりえます。

正解: 石灰岩（CaCO₃）が二酸化炭素を含んだ雨水と反応して炭酸水素カルシウムとして溶け出す化学的風化が進むため

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ という化学反応で石灰岩が溶食され、地表にドリーネ・ウバーレ、地下に鍾乳洞が生じる。これが化学的風化によるカルスト地形の本質で、マグマ変成や物理的磨食とは異なる。

正解: 空気中に浮かぶ小さな水滴に太陽の光が当たり、色ごとに屈折して分かれて見える

虹は、雨上がりなど空気中に細かい水滴が漂っているときに、太陽の光がその水滴の中で屈折・反射することで、光に含まれる赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の色が分かれて見える現象です。太陽の光は一見白色ですが、実際には様々な色（波長）の光が混ざっており、水滴を通ると色によって曲がる角度が少しずつ違うため、空に色の帯として分かれて見えます。虹を見るには太陽を背にして水滴のある方向を見る必要があります。ちりや砂、氷の粒、酸素と窒素はいずれも虹の発生原因ではなく、通常の虹は水滴による光の屈折と分散によって生じます。

正解: 縦ずれ断層の運動により海底が急激に隆起または沈降し、直上の海水全体が押し上げられたり引き下げられたりすることで津波が発生する

津波を引き起こすのは主に縦ずれ（逆断層・正断層）の動きで、海底が上下に動いて海水が垂直に押し上げ/引き下げられる場合に大きな波が生じる。横ずれ断層では水平移動が主体で海面変動が小さいため津波になりにくい。

正解: コリオリ力が運動する流体を北半球では右に偏向させるため、表面風と摩擦カップリングした海流はエクマン層全体で積分すると風向きの右90度方向に輸送されるから

エクマン輸送はスウェン・ワレンティン・エクマンが1905年に理論化した現象だ。北半球でコリオリ力は運動する流体を右へ偏向させる。海洋表面は風と摩擦でカップリングしており、表層流がコリオリ力で右に曲がり、その下の層もさらに右へ曲がるというエクマンスパイラルが生じる。層全体を積分（エクマン輸送）すると、正味の輸送方向は風向きに対して北半球では正確に右90度（南半球では左90度）となる。海水密度の大きさは西向きの偏向と関係せず、密度は力伝達の時定数に影響するが「常に西」とはならない。海底地形の摩擦は深海底付近の効果で、表層のエクマン輸送の主因ではない。海洋熱輸送と表面風の関係は間接的で、エクマン輸送の方向ずれを生む理由ではない。