京大 過去問 2022年 地学｜AI解答・解説・シミュレーション｜アトリエファクトリー

地　学　　（4 問題　100 点）

地学問題 Ⅰ

　次の文章(a)，(b)を読み，問 1 〜問 5 に答えよ。解答はすべて所定の解答欄に記入せよ。

(a)　通常の銀河と比べて X 線や赤外線などで非常に強いエネルギーを放射する銀河は，活動銀河と呼ばれる。代表的な活動銀河には以下の 3 種類がある。

　電波銀河は非常に強い電波を放射している銀河で，形態に基づくハッブルによる銀河の分類を適用すると ア であることが多い。

　イ は主に赤外線で強い放射を出す活動銀河で，ハッブルによる銀河の分類では ウ であることが多い。

　エ は中心部が明るく①非常に遠方にあるため，ほとんどのもので恒星状にしか見えず，銀河の形態ははっきりとはわかっていない。

問 1　文中の ア 〜 エ に当てはまる適切な語を以下の語群から 1 つずつ選べ。

語群：渦巻銀河，クェーサー，星雲，セイファート銀河，セファイド，楕円銀河，バルジ，不規則銀河

問 2　下線部①と判断する根拠となる，天体からの放射スペクトルに見られる特徴を簡潔に述べよ。

(b)　2019 年 4 月に，地球から 17 メガパーセク（1 メガパーセクは ${10}^6$ パーセク）の距離にある電波銀河 M 87 の銀河中心部を，世界中の電波望遠鏡で同時観測して解析処理した画像（図 1 ）が発表された。この画像には，直径 40 マイクロ秒（1 マイクロ秒は ${10}^6$ 分の 1 秒の角度）のリング状に光る構造が写っている。

　ここでは，まず M 87 銀河全体に関する考察から始める。

問 3　M 87 の見かけの等級は 8.8 等級である。以下の(1)，(2)に答えよ。

(1)　${\log }_{10}1.7=0.23$ であることを用いて，M 87 の絶対等級を有効数字 2 けたで求めよ。導出過程も示すこと。

(2)　太陽の絶対等級を 5 等級とし，問 3 (1)で解答した数値からこの天体が太陽の何倍の明るさの光を放射しているか，有効数字 1 けたで求めよ。導出過程も示すこと。

問 4　M 87 では，中心から 32 キロパーセク（1 キロパーセクは ${10}^3$ パーセク）離れた銀河外縁部（明るく光る銀河本体部の少し外側）にある天体が，M 87 銀河中心の周りを周期 6.7 億年で円軌道運動していると考えられている。以下の(1)，(2)に答えよ。

(1)　1 パーセクは $2.1\times {10}^5$ 天文単位であることを用いて，M 87 の質量が太陽の質量の何倍であるか，有効数字 1 けたで求めよ。導出過程も示すこと。

(2)　問 3 (2)で求めた明るさと問 4 (1)で求めた質量の比較から，M 87 を構成する物質もしくは天体に関して考えられることは何か，簡潔に述べよ。

問 5　図 1 に関して以下の(1)〜(3)に答えよ。

(1)　図 1 に写っているリングの直径は太陽系の大きさ（直径 100 天文単位とする）の何倍であるか，有効数字 1 けたで求めよ。導出過程も示すこと。

(2)　図 1 で，中心部がリング部分に比べて暗く見える原因として考えられることは何か，簡潔に述べよ。

(3)　図 1 に写っている銀河中心部の構造は，我々の銀河（銀河系）でも同様であると予想されているが，銀河系は活動銀河ではない。M 87 が活動銀河となっている原因を，銀河系との違いに注意して簡潔に述べよ。

地学問題 Ⅱ

　次の文章を読み，問 1 〜問 7 に答えよ。解答はすべて所定の解答欄に記入せよ。

　雲の発生や降水は，大気の運動にともなう水の状態変化によってもたらされている。①空気塊が上昇して温度が下がり，雲粒ができ始める温度を ア という。雲粒の形成には水蒸気だけでなく，凝結核や氷晶核となる イ と呼ばれる微粒子を必要とする。雲粒がさらに雨粒や雪の結晶に成長すると降水が起こる。雨粒のでき方は，②暖かい雨（氷晶がなく水滴だけの雲から降る雨）と冷たい雨（氷晶雨）の 2 つに大別され，氷晶が落下途中で融けなかった場合，③雪として地表に達する。

　降水量の緯度別分布は大気の大循環と関係し，④熱帯域と中緯度域で多く，亜熱帯域で少ない。熱帯収束帯はハドレー循環の上昇気流域で，積乱雲の形成が活発で多量の雨が降っており，陸上では熱帯雨林が存在している。一方，亜熱帯高圧帯はハドレー循環の下降気流域で，雲ができにくく，陸上では ウ のような乾燥地帯が広がり，海上では海水の蒸発が盛んで水蒸気が熱帯域と中緯度域の大気に供給されている。亜熱帯域から地表付近の水蒸気を熱帯収束帯に輸送する貿易風の風向は，北半球が エ 風，南半球が オ 風であり，南北両半球で異なる。

　⑤中緯度域は温帯低気圧などが生じ，降水量が多い。日本は中緯度域に位置し，海に囲まれているため降水量が多く，水資源に大変恵まれている。その反面，⑥大雨によって起こる災害も多い。特に積乱雲が次々と発達して局地的に激しい降雨をもたらす集中豪雨は甚大な被害をもたらすため，その予測精度の向上が求められている。

問 1　文中の ア 〜 オ に当てはまる適切な語を答えよ。

問 2　下線部①に関連して，空気塊が上昇して温度が下がる理由を，以下の語群の語をすべて用いて述べよ。

語群：気圧，熱，仕事，エネルギー

問 3　下線部②に関連して，以下の(1)，(2)に答えよ。

(1)　氷晶がなく水滴だけの雲から降る暖かい雨について考える。凝結核が多く小さな雲粒しかできない場合，雨はできやすくなるか，できにくくなるかを理由とともに答えよ。

(2)　冷たい雨は氷晶の成長によってできる。過冷却の水滴と共存する場合における氷晶の成長過程を，図 1 に示す過冷却水と氷に対する飽和水蒸気圧の違いに着目して説明せよ。

問 4　下線部③に関連して，降雪によって雪原ができることがある。地表の受け取る太陽放射エネルギーに雪原が与える影響を述べよ。

問 5　下線部④に関連して，降水量と海水の蒸発量の緯度別分布の違いによって生じる海洋の特徴を述べよ。

問 6　下線部⑤に関連して，温帯低気圧が中緯度域で生じる要因を述べよ。

問 7　下線部⑥に関連して，大雨によって起こりやすい土砂災害を 2 つ挙げよ。

地学問題 Ⅲ

　次の文章を読み，問 1 〜問 7 に答えよ。解答はすべて所定の解答欄に記入せよ。

　①地震の多くは，地下の岩石が断層面に沿って破壊され急激にずれる断層運動によって発生する。地震が起こると②地震波が地球の内部や表面を伝播（でんぱ）する。地震の規模はマグニチュード（$M$）で表され，③地震の発生頻度は $M$ の増加と共に減少する。断層運動は，プレート運動によって蓄積された ア を解放する。したがって，地震はプレート境界の周辺に多く発生する。プレートが拡大する境界では，イ 断層型の地震が発生しやすい。④海溝付近では巨大地震が発生し，⑤津波を引き起こすことがある。

　⑥地震を起こすプレート運動は，地球内部の熱エネルギーによりマントルが対流することで駆動されている。地球内部から地表に流れ出る熱量を ウ 熱流量と呼ぶ。

問 1　文中の ア 〜 ウ に当てはまる適切な語を以下の語群から 1 つずつ選べ。

語群：すべり，ひずみ，本震，正，逆，横ずれ，地温，地殻，地表

問 2　下線部①に関連して最も適切な記述を，次の(あ)〜(え)から 1 つ選べ。

(あ)　すべりが起きた断層面の中心の位置を震源と呼ぶ。

(い)　現在の日本では，震度は 7 段階の震度階級で表される。

(う)　震度は地震波の到達時刻から求めることができる。

(え)　地震発生から地震波が観測点に到達するまでの時間を走時と呼ぶ。

問 3　下線部②に関連して最も適切な記述を，次の(あ)〜(え)から 1 つ選べ。

(あ)　進行方向と振動方向が垂直な地震波を P 波と呼ぶ。

(い)　S 波は気体中を伝わる。

(う)　表面波は S 波より早く観測点に到達する。

(え)　表面波の振幅は S 波の振幅に比べ，震央からの距離と共に減衰しにくい。

問 4　下線部③に関連して，表 1 はある 10 年間において世界で観測された $M5.0$ 以上のすべての地震について，そのマグニチュードと発生回数の関係を単純化した表である。表 1 の $M9.0$ の地震 1 回が解放するエネルギーは，$M5.0$ から $M8.0$ の地震全てが解放するエネルギーの総和の何倍になるか。有効数字 1 けたで答えよ。導出過程も記せ。

問 5　下線部④に関連して，図 1 は四国地方太平洋沿岸の海溝付近のある観測点で観測された地殻変動の時間変化を表している。図 1 のように，1900 年から 1940 年までにみられる地殻変動が起こる理由を答えよ。

問 6　下線部⑤に関連して，1700 年 1 月 26 日に北米の西岸で巨大地震が発生し，津波が起きた。津波が地震発生から三陸海岸に最初に到達するのに要した時間を，有効数字 1 けたで求めよ。計算過程も示すこと。ただし，地震が発生した海域から三陸海岸までの津波の伝播距離は $7.2\times {10}^3$ km，重力加速度は $1.0\times 10\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2$，水深は $4.0\times {10}^3$ m で一定であるとする。

問 7　下線部⑥に関連して，地震の際に解放されるエネルギーの一部は地震波のエネルギーになる。10 年間に，地球全体における地球内部から地表に流れ出る熱量によるエネルギーは，地球で発生するすべての地震による地震波のエネルギーの何倍か，有効数字 1 けたで答えよ。計算過程も示すこと。ただし，地球で 10 年間で発生するすべての地震による地震波のエネルギーは $4.0\times {10}^{18}$ J，ウ 熱流量の地表全体の平均値は $9.0\times {10}^{-2}\mathrm{W}/{\mathrm{m}}^2$ であるとする。また，計算を簡単にするために円周率を 3.0，1 年間を $3.0\times {10}^7$ s であると近似せよ。

地学問題 Ⅳ

　次の文章(a)，(b)を読み，問 1 〜問 8 に答えよ。解答はすべて所定の解答欄に記入せよ。

(a)　地球が誕生してから現在まで大気の組成は変化を続け，地球の表層環境と生命活動に大きな影響を与え続けてきた。地球が誕生したころの大気の組成は①二酸化炭素の割合が高く酸素はほとんどなかったが，27 億年ほど前に海中で出現した原核生物の ア により，光合成による酸素の生成が開始されたと考えられている。25 億年ほど前には酸素の生成が盛んになるものの，②大気中の酸素濃度は急には上昇せず，23 億〜 20 億年前ごろになって上昇したことが地質学的な証拠から推測されている。その後，③6 億年ほど前になるとさらに酸素濃度が急激に上昇し，4 億年前までには現在に近い酸素濃度になったと考えられている。その結果，イ 層の形成が進み生物にとって有害な紫外線が地表に届かなくなり，生物が陸上へ進出することができるようになった。現在も イ 層は大気圏の中の ウ 圏に存在し，有害な紫外線が地上に届くことを防いでいる。このように地球の歴史上では大気組成に大きな変化があった。

　現在では，二酸化炭素をはじめとする エ の増加による気温上昇が問題となっている。その原因として，産業革命以降の化石燃料の使用によって，大気中の二酸化炭素濃度が上昇したことが挙げられる。一方，化石燃料の採掘や畜産業の拡大などによって大気への放出量が増加した オ も，温暖化を加速させていることがわかっている。また，温暖化が進むに従って，陸上の永久凍土や海底の堆積物の中に含まれる大量の オ が大気中に放出されることが予測されており，温暖化をさらに加速させる可能性が危惧されている。

問 1　文中の ア 〜 オ に当てはまる適切な語を答えよ。

問 2　下線部①に関して，大気中に大量に存在した二酸化炭素は様々な過程を経て海洋底へ運ばれて，堆積物中に埋没し大気中から除去された。これらの除去過程について，以下の語群に含まれる語をすべて用いて説明せよ。

語群：光合成，風化，溶解

問 3　下線部②に関して，酸素は大気中に大量に供給されるようになる前に，まず化合物として海中に堆積したと考えられている。どのような化合物として堆積したのか。その地質学的な証拠を含めて答えよ。

問 4　下線部③に関して，この時期の後のカンブリア紀では，動物が爆発的に多様化し，体のつくりが大きく変化した。カンブリア紀には，どのような体のつくりを持つ動物が増えたのか答えよ。

この問題は，次のページに続いている。

(b)　図 1 は，ある地域の地形図である。東西南北に等間隔で格子状に調査地点を設定し，そのうちの地点 A 〜 D でボーリング調査を行った。その結果，それぞれの地点の地層は泥岩層が主体であることがわかった。また，泥岩層の中には砂岩層と凝灰岩層がそれぞれ一層ずつ挟まれており，凝灰岩層はあるときに広範囲にわたって堆積した同一の凝灰岩層であることがわかった。地表から凝灰岩層までの深さは，地点 A で 40 m，地点 B で 50 m，地点 C で 60 m，地点 D で 40 m であった。なお，この地域では不整合，褶曲（しゅうきょく），断層のいずれもないことがわかっている。

問 5　砂岩層を観察したところ，下部から上部にかけて堆積物の粒子が大きいものから小さいものへ変化していた。このような構造の名称を答えよ。

問 6　泥岩層からは海洋プランクトンの化石が大量に産出したため堆積した年代を特定することができた。堆積物中に含まれる海洋プランクトンの化石の中には示準化石として有用なものが多い。どのような生物の化石が示準化石として有用であるか。その条件を 2 つ挙げて，それぞれ理由とともに説明せよ。

問 7　凝灰岩層の傾斜方向について，次の(あ)〜(え)の中から最も適切なものを選べ。

(あ)　北北西　　(い)　西北西　　(う)　西南西　　(え)　南南西

問 8　地点 E では凝灰岩層は地表から何 m の深さにあると予想できるか。有効数字 2 けたで答えよ。

地学問題は，このページで終わりである。