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Earth Systems and Resources · ⁨地球システムと資源⁩

AP Environmental Science · Topic 4 · ⁨トピック 4⁩

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7:28

地球システムと資源

一つの山脈の両側、四十キロメートル離れて二つの町がある。片方の町は年間三メートルの降水量があり、熱帯雨林である。もう片方はそれより少ない…

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4.1

Plate Tectonics · ⁨地殻変動理論⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.A: Describe the geological changes and events that occur at convergent, divergent, and transform plate boundaries.

  • ERT-4.A.1 Convergent boundaries can result in the creation of mountains, island arcs, earthquakes, and volcanoes.
  • ERT-4.A.2 Divergent boundaries can result in seafloor spreading, rift valleys, volcanoes, and earthquakes.
  • ERT-4.A.3 Transform boundaries can result in earthquakes.
  • ERT-4.A.4 Maps that show the global distribution of plate boundaries can be used to determine the location of volcanoes, island arcs, earthquakes, hot spots, and faults.
  • ERT-4.A.5 An earthquake occurs when stress overcomes a locked fault, releasing stored energy.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.A: 合流境界、離散境界、変換境界で発生する地質学的変化と出来事を説明する。

  • ERT-4.A.1 合流境界では、山脈、島弧、地震、火山の形成を引き起こすことがある。
  • ERT-4.A.2 離散境界では、海底拡大、裂谷、火山、地震が引き起こされることがある。
  • ERT-4.A.3 変換境界では、地震が引き起こされることがある。
  • ERT-4.A.4 全球の板块境界の分布を示す地図は、火山、島弧、地震、ホットスポット、断層の位置を特定するために使用できる。
  • ERT-4.A.5 地震は、応力が固定された断層を超えて突破し、蓄積されたエネルギーが解放される際に発生する。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English
The three plate boundaries

Earth's crust is broken into plates 板块 that slowly move on the mantle – plate tectonics 板块构造. At divergent boundaries plates spread apart (new crust); at convergent they collide (mountains, volcanoes, earthquakes); at transform they slide past (earthquakes). Boundaries create hazards but also volcanic soils and mineral resources.

日本語
3つのプレート境界

地球の地殻はプレートと呼ばれる板块に分割され、マントルの上をゆっくりと移動しています——これが地殻変動理論です。発散境界ではプレートが離れて新しい地殻ができ、収束境界では衝突して山脈、火山、地震が生じ、変換境界では横滑りして地震が発生します。境界は災害をもたらしますが、火山性土壌や鉱物資源の形成にも寄与します。

アイスランドの暗い火山のカルデラから噴き出す鮮やかなオレンジ色の溶岩
アイスランドのプレート境界での火山活動。離れるプレート間に上昇する溶岩が新しい地殻を形成
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English 日本語
plates/pleɪts/ 板块
plate tectonics/pleɪt tekˈtɒnɪks/ プレートテクトニクス
4.2

Soil Formation and Erosion · ⁨土壌形成と侵食⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.B: Describe the characteristics and formation of soil.

  • ERT-4.B.1 Soils are formed when parent material is weathered, transported, and deposited.
  • ERT-4.B.2 Soils are generally categorized by horizons based on their composition and organic material.
  • ERT-4.B.3 Soils can be eroded by winds or water. Protecting soils can protect water quality as soils effectively filter and clean water that moves through them.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.B: 土壌の特徴と形成を説明する。

  • ERT-4.B.1 土壌は、母材が風化され、運ばれ、堆積されることで形成される。
  • ERT-4.B.2 土壌は一般的に、組成や有機物に基づいて層(ホライゾン)によって分類される。
  • ERT-4.B.3 土壌は風や水によって侵食されることがある。土壌を保護することは、水質の保護にもつながる。なぜなら、土壌は通過する水を効果的にろ過して清浄化するためである。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

Soil 土壤 forms slowly as rock weathers 风化 and organic matter builds up. Erosion 侵蚀 is the removal of soil by wind and water, sped up by removing vegetation (farming, deforestation, overgrazing). Because soil forms so slowly, erosion faster than formation depletes a vital resource.

日本語

土壌は岩石の風化と有機物の蓄積によって徐々に形成されます。侵食は風や水による土壌の除去であり、植生の除去(農耕、森林伐採、過放牧)によって加速されます。土壌形成が非常に遅いため、形成速度より侵食が速いと重要な資源が枯渇します。

母岩の風化に伴い土壌層が形成されますが、侵食により表土が剥離され、このプロセスが逆転することがあります
親岩が風化して土壌層が形成される様子:侵食は表土を剥ぎ取り、その進行を逆転させることがある
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English 日本語
Soil/sɔɪl/ 土壌
weathers/ˈweðəz/ 風化
Erosion/ɪˈrəʊʒn/ 侵食
texture/ˈtekstʃə/ テクスチャ
4.3

Soil Composition and Properties · ⁨土壌の組成と性質⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.C: Describe similarities and differences between properties of different soil types.

  • ERT-4.C.1 Water holding capacity—the total amount of water soil can hold—varies with different soil types. Water retention contributes to land productivity and fertility of soils.
  • ERT-4.C.2 The particle size and composition of each soil horizon can affect the porosity, permeability, and fertility of the soil.
  • ERT-4.C.3 There are a variety of methods to test the chemical, physical, and biological properties of soil that can aid in a variety of decisions, such as irrigation and fertilizer requirements.
  • ERT-4.C.4 A soil texture triangle is a diagram that allows for the identification and comparison of soil types based on their percentage of clay, silt, and sand.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.C: 異なる土壌タイプの性質の類似点と相違点を説明する。

  • ERT-4.C.1 保水力——土壌が保持できる水の総量——は、土壌タイプによって異なる。水分保持性は、土地生産性や土壌の肥沃さに寄与する。
  • ERT-4.C.2 各土壌層の粒子径と組成は、土壌のポロシティ、透水性、肥沃度に影響を与えることができる。
  • ERT-4.C.3 土壌の化学的、物理的、生物学的性質を試す多様な方法があり、灌漑や肥料必要量の決定など、様々な意思決定に役立てることができる。
  • ERT-4.C.4 土壌質感三角図とは、粘土、シルト、砂の比率に基づいて土壌タイプを識別・比較するための図である。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

Soil is a mix of sand, silt, and clay (its texture 质地), plus organic matter, water, and air, layered in horizons 土层. Texture controls porosity 孔隙度 and permeability 渗透性 – how well soil holds water and nutrients. Loam (a balanced mix) is best for plants.

日本語

土壌は砂、シルト、粘土(質)の混合物であり、さらに有機物、水、空気が含まれ、層状になっています。質は透水性と透湿性、つまり土壌が水分や養分を保持する能力を決定します。ローム土(バランスの取れた混合土)は植物にとって最適です。

土壌を垂直に掘り下げたピットで、赤茶色の鉱物層の上に暗い表土の帯が見え、スケール用メジャーが置かれている
土壌を掘り下げたピットは層を示している:上部に暗い有機質の表土、その下に明るい矿物層、最下部に破砕された岩石(スケール用メジャー付き)
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English 日本語
horizons/həˈraɪznz/ 土壌層
porosity/pɔːˈrɒsɪti/ 孔隙率
permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/ 透磁率
atmosphere/ˈætməsfɪə/ 大気中
troposphere/ˈtrɒpəsfɪə/ 対流圏
stratosphere/ˈstrætəsfɪə/ 成層圏
global wind patterns/ˈɡləʊbl wɪnd ˈpætnz/ 地球規模の風系
convection cells/kənˈvekʃn selz/ 対流セル
Coriolis effect/ˌkɒrɪˈəʊliz ɪˈfekt/ コリオリの力
4.4

Earth's Atmosphere · ⁨地球の大気圏⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.D: Describe the structure and composition of the Earth's atmosphere.

  • ERT-4.D.1 The atmosphere is made up of major gases, each with its own relative abundance.
  • ERT-4.D.2 The layers of the atmosphere are based on temperature gradients and include the troposphere, stratosphere, mesosphere, thermosphere, and exosphere.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.D: 地球の大気圏の構造と組成を説明する。

  • ERT-4.D.1 大気圏は主要なガスで構成されており、それぞれ独自の相対的な含有量を持つ。
  • ERT-4.D.2 大気圏の層は温度勾配に基づき、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏、外気圏を含む。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

The atmosphere 大气层 is layered: the troposphere 对流层 (weather, where we live), the stratosphere 平流层 (holding the ozone layer), and higher layers. It is mostly nitrogen and oxygen, with trace gases (including greenhouse gases) that regulate temperature.

日本語

大気圏は層になっており、対流圏(天気、人間の居住地)、成層圏(オゾン層を保持)、それ以上の層があります。主に窒素と酸素で構成され、温室効果ガスを含む微量ガスの存在によって温度が調整されています。

乾燥した清浄な空気は窒素が約78%、酸素が21%、その他のガスが1%です
清潔で乾燥した空気は約78%の窒素、21%の酸素、1%その他のガスで構成されている
4.5

Global Wind Patterns · ⁨全球風系⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.E: Explain how environmental factors can result in atmospheric circulation.

  • ERT-4.E.1 Global wind patterns primarily result from the most intense solar radiation arriving at the equator, resulting in density differences and the Coriolis effect.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.E: 環境要因が大気循環を引き起こす仕組みを説明する。

  • ERT-4.E.1 全球的な風のパターンの主な原因は、赤道に到達する最も強い太陽放射によるものであり、これにより密度差とコリオリの力が生じる。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English
Global wind patterns

Uneven solar heating drives global wind patterns 全球风带. Warm air rises at the equator and sinks at about 30°, creating convection cells 对流环流 (Hadley, Ferrel, polar) and prevailing winds (trade winds, westerlies). The spinning Earth deflects winds – the Coriolis effect 科里奥利效应 – shaping weather and climate.

日本語
全球風系

不均一な太陽熱が全球風系を駆動します。赤道付近で暖かい空気は上昇し、約30度付近で沈降して対流セル(ハドリー、フェーレル、極)と卓越風(貿易風、西風帯)を作ります。回転する地球が風を偏曲させ——これをコオリ奥利ス効果——気象と気候を形作ります。

各半球あたり3つの循環セルが卓越する地表風の方向を決める
半球ごとに3つの循環セルがあり、地表の卓越風を決定している
4.6

Watersheds · ⁨流域⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ERT-4): Earth's systems interact, resulting in a state of balance over time.

Learning Objective ERT-4.F: Describe the characteristics of a watershed.

  • ERT-4.F.1 Characteristics of a given watershed include its area, length, slope, soil, vegetation types, and divides with adjoining watersheds.
日本語

持続的認識(ERT-4): 地球のシステムは相互作用し、時間とともに均衡状態を生み出す。

学習目標 ERT-4.F: 流域の特徴を説明する。

  • ERT-4.F.1 特定の流域の特徴には、面積、長さ、勾配、土壌、植生タイプ、および隣接する流域との分水界が含まれる。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

A watershed 流域 is all the land that drains to a common body of water. Everything that happens on the land – farming, paving, pollution – affects the water it drains into, so watersheds are key units for managing water quality.

日本語

流域とは、共通の水體に排水するすべての土地のことです。農業、舗装、汚染など土地上で行われることはすべて、そこから排出される水に影響を与えるため、流域は水質管理における重要な単位です。

河川流域にある滝:分水界とは、川や湖に水が流入する土地のことです
川沿いの滝:流域とは川や湖に排水する土地である
Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
watershed/ˈwɔːtəʃed/ 流域
rain shadow/reɪn ˈʃædəʊ/ 雨陰
El Niño/el ˈniːnjəʊ/ エル・ニニョ
La Niña/læ ˈniːnjə/ ラ・ニニャ
4.7

Solar Radiation and Earth's Seasons · ⁨日射と地球の四季⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ENG-2): Most of the Earth's atmospheric processes are driven by input of energy from the sun.

Learning Objective ENG-2.A: Explain how the sun's energy affects the Earth's surface.

  • ENG-2.A.1 Incoming solar radiation (insolation) is the Earth's main source of energy and is dependent on season and latitude.
  • ENG-2.A.2 The angle of the sun's rays determines the intensity of the solar radiation. Due to the shape of the Earth, the latitude that is directly horizontal to the solar radiation receives the most intensity.
  • ENG-2.A.3 The highest solar radiation per unit area is received at the equator and decreases toward the poles.
  • ENG-2.A.4 The solar radiation received at a location on the Earth's surface varies seasonally, with the most radiation received during the location's longest summer day and the least on the shortest winter day.
  • ENG-2.A.5 The tilt of Earth's axis of rotation causes the Earth's seasons and the number of hours of daylight in a particular location on the Earth's surface.
日本語

持続的認識(ENG-2): 地球の大部分の大気過程は、太陽からのエネルギー入力の駆動を受けている。

学習目標 ENG-2.A: 太陽のエネルギーが地表に与える影響を説明する。

  • ENG-2.A.1 入射太陽放射(インソレーション)は地球の主要なエネルギー源であり、季節と緯度によって依存する。
  • ENG-2.A.2 太陽光線の入射角は、太陽放射の強度を決定する。地球の形状により、太陽放射に対して真に水平な緯度帯が最も強い放射を受ける。
  • ENG-2.A.3 単位面積あたりの最大太陽放射は赤道で受けられ、両極に向かって減少する。
  • ENG-2.A.4 地球表面のある地点で受ける太陽放射は季節によって変動し、その地点で最も長い夏の日の昼間に最大の放射を受け、最も短い冬の日の夜間に最小の放射を受ける。
  • ENG-2.A.5 地球の自転軸の傾きは、地球の四季と地表の特定の地点における昼間の時間を生み出す原因となる。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

Seasons come from Earth's tilted axis (about 23.5°), not its distance from the Sun. The hemisphere tilted toward the Sun gets more direct sunlight and longer days (summer). The tilt also makes the tropics warm year-round and the poles cold.

日本語

四季は太陽からの距離ではなく、地球の傾いた軸(約23.5度)によるものです。太陽に傾いている半球はより直射日光を受け、昼間も長くなり(夏)、傾きはまた熱帯を年間を通じて暖かく、極地を寒くします。

地球の地軸の傾きが四季を生み出します
地球の軸の傾きが四季を生み出す
4.8

Earth's Geography and Climate · ⁨地球の地理と気候⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ENG-2): Most of the Earth's atmospheric processes are driven by input of energy from the sun.

Learning Objective ENG-2.B: Describe how the Earth's geography affects weather and climate.

  • ENG-2.B.1 Weather and climate are affected not only by the sun's energy but by geologic and geographic factors, such as mountains and ocean temperature.
  • ENG-2.B.2 A rain shadow is a region of land that has become drier because a higher elevation area blocks precipitation from reaching the land.
日本語

持続的認識(ENG-2): 地球の大部分の大気過程は、太陽からのエネルギー入力の駆動を受けている。

学習目標 ENG-2.B: 地球の地理が天候や気候に与える影響を説明する。

  • ENG-2.B.1 天候と気候は、太陽エネルギーだけでなく、山脈や海洋水温といった地質学的・地理学的要因によっても影響を受ける。
  • ENG-2.B.2 ラインシャドウとは、標高の高い地域が降水を遮断することで、その背後にある陸地が乾燥した状態になる地域のことである。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English

Geography shapes climate: latitude (sunlight angle), elevation (cooler with height), proximity to oceans (moderating temperature), and mountains creating a rain shadow 雨影 (wet windward side, dry leeward side). These factors decide which biome forms where.

日本語

地理が気候を形作る:緯度(日射角度)、標高(高度越高で涼しい)、海洋への近接性(温度調整)、そして山脈による雨陰(風上側は湿潤、風下側は乾燥)。これらの要因が、どの生物群系がどこに形成されるかを決定する。

砂漠の砂丘:緯度、標高、海流が地球の気候地域を形作る
砂漠の砂丘:緯度、標高、海流が地球の気候地域を形作る
4.9

El Nino and La Nina · ⁨エル・ニーニョとラ・ニーニャ⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English

Enduring Understanding (ENG-2): Most of the Earth's atmospheric processes are driven by input of energy from the sun.

Learning Objective ENG-2.C: Describe the environmental changes and effects that result from El Niño or La Niña events (El Niño–Southern Oscillation).

  • ENG-2.C.1 El Niño and La Niña are phenomena associated with changing ocean surface temperatures in the Pacific Ocean. These phenomena can cause global changes to rainfall, wind, and ocean circulation patterns.
  • ENG-2.C.2 El Niño and La Niña are influenced by geological and geographic factors and can affect different locations in different ways.
日本語

持続的認識(ENG-2): 地球の大部分の大気過程は、太陽からのエネルギー入力の駆動を受けている。

学習目標 ENG-2.C: エル・ニョーまたはラ・ニーニャ(エル・ニョー南方振動)による環境変化とその影響を説明する。

  • ENG-2.C.1 エル・ニョーとラ・ニーニャは、太平洋における海面温度の変化に関連する現象である。これらの現象は、全球的な降水量、風、および海洋循環パターンの変化を引き起こすことができる。
  • ENG-2.C.2 エル・ニョーとラ・ニーニャは、地質学的・地理学的要因の影響を受け、異なる場所に対して異なる影響を与えることがある。

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨出典: College Board AP コースおよび試験説明書⁩

English
El Niño and La Niña

El Niño 厄尔尼诺 and La Niña 拉尼娜 are periodic shifts in Pacific Ocean temperatures and winds. El Niño (warm eastern Pacific) and La Niña (cool eastern Pacific) alter rainfall, storms, and fisheries worldwide – for example, floods in some regions and droughts in others.

Worked example. A tectonic plate moves 5 cm per year. How far does it travel in 1 million years? $5\ \text{cm/yr}\times 10^{6}\ \text{yr}=5\times10^{6}\ \text{cm}=50\ \text{km}$. A tiny yearly motion adds up to ocean-basin-scale distances over geologic time — the same slow rate that opens oceans and builds mountain ranges.

日本語
エル・ニーニョとラ・ニーニャ

エル・ニーニョとラ・ニーニャは太平洋の水温と風の変化である。エル・ニーニョ(東太平洋の暖水)とラ・ニーニャ(東太平洋の冷水)は、世界中の降水量、暴風雨、漁業に影響を与える。例えば、ある地域では洪水、別の地域では乾電池が発生する。

解題例。 一枚のプレートが年間5cm移動します。1百万年でどれだけ進むでしょうか?$5\ \text{cm/yr}\times 10^{6}\ \text{yr}=5\times10^{6}\ \text{cm}=50\ \text{km}$。地質学的時間において、微小な年間移動は海洋盆地規模の距離に蓄積されます。これは海洋を開き山脈を形成するのと同じ緩やかな速度です。

4.9

Exam tips · ⁨試験対策⁩

English
  • Seasons come from the Earth's tilt, not its distance from the Sun.
  • Soil forms very slowly, so erosion faster than formation permanently depletes it; know soil texture (sand/silt/clay) and horizons.
  • Explain global wind patterns from uneven heating + the Coriolis effect, and a rain shadow (wet windward, dry leeward).
  • Name the atmospheric layers (troposphere = weather, stratosphere = ozone) and air composition (~78% N₂, 21% O₂).
  • El Niño / La Niña are Pacific temperature shifts that change rainfall worldwide.
日本語
  • 四季は太陽からの距離ではなく、地球の傾斜によって生じる。
  • 土壌は非常にゆっくりと形成されるため、侵食が形成よりも速い場合、土壌は永続的に枯渇する;土壌の質感(砂/シルト/粘土)や土層(horizons)を理解しておくこと。
  • 不均等な加熱+コリオリの力による全球の風パターンを説明し、雨陰(風上側は湿潤、風下側は乾燥)についても説明すること。
  • 大気の層(対流圏=天候、成層圏=オゾン)と大気組成(約78% N₂、21% O₂)の名前を述べる。
  • エル・ニーニョ / ラ・ニーニャ は太平洋の水温変化であり、世界中の降水量を変える。

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