固体地球物理学や地球史学の研究者を目指す大学生にお勧めしたい本
地球科学の研究者になりたい高校生や中学生にお勧めしたい本
学部二、三年生の自主学習に有用な地球内部物理学の教科書・入門書10選
学生の自主学習に有用な数値シミュレーションの教科書10選

固体地球物理学や地球史学の研究者を目指す大学生にお勧めしたい本

 私の専門は「地球惑星内部物理学」ですが、これを研究するためには、数学、物理学、化学といった自然科学の大分野の基礎をしっかりと身につけていること、また、応用的な知識が必要となったときにあらゆる手段を使ってすぐに情報を取り出せる準備をしておくことが必要です。特に、マントルダイナミクスやプレートテクトニクスといった地球規模の問題を追究するためには、固体地球科学の小分野、つまり、地震学、地質学、岩石学、地球化学、鉱物・鉱床学などの基礎知識も身につけておく必要があります。
 固体地球物理学は主に現在の地球内部の構造やダイナミクスを研究する学問ですが、時間軸を遡って過去の地球の表層や内部を知ってこそ、現在の固体地球の成り立ちが理解できます。その固体地球の進化を一手に扱う学問がここでいう「地球史学」です。
 大学や大学院の授業では研究者に必要な知識のごくわずかしか得られませんので、書籍(専門書や一般・普及書)や学術論文を読んで知識を補充する必要があります。また、学問の成り立ちや背景を知ることは、その学問を研究する士気を高めます。ここでは、将来大学院に進学して、固体地球物理学や地球史学の研究者を目指す大学生にお勧めしたい一般書を紹介します。
上田 誠也, 『新しい地球観』, 岩波新書, 岩波書店, 197頁, 1971年.
1960年代後半に完成されたプレートテクトニクス理論が丁寧に解説された不朽の名作。東大紛争で地震研に出勤できなかった著者がホテルに籠もって2週間で書き上げたらしい。隅々まで読むことをお勧めする。最終章の大陸移動の原動力に関する記述は今でも考えさせられる内容である。
上田 誠也, 『地球・海と大陸のダイナミズム』, NHKライブラリー, 日本放送出版協会, 253頁, 1998年.
なぜか上記の本ほど有名ではないが、1990年代後半までの固体地球科学の進展が解説されている。著者のプレートテクトニクス理論に関する総まとめ本と言ってよいだろう。教科書『プレート・テクトニクス』(岩波書店, 1989年)には書かれていない著者自身の研究史も興味深い。
ガブリエル ゴオー, 菅谷 暁(訳), 『地質学の歴史』, みすず書房, 366頁, 1997年.
古代からプレートテクトニクス理論登場までの固体地球科学史が網羅的に書かれている。さまざまな資料を容易に吟味できる欧米人だからこそ書ける本である。参考文献がしっかり付いているのも嬉しい。学部一年でこの本の内容を教えれば地質学、岩石学を好きになる学生も増えるだろう。
竹内 均, 『ひらめきと執念で拓いた地球の科学―竹内均・知と感銘の世界』, ニュートンプレス,
      253頁, 2002年.
いわゆる「偉人伝」のような本は私は嫌いなのだが、この本は、地球電磁気学の開祖・ギルバートから近代に活躍した国内外の学者(偉人)16人の業績が、関係する地球科学用語の解説も絶妙に織り交ぜながら紹介されている。高校生から読める。伊能忠敬も偉人の一人に入っていて嬉しい。
松井 孝典, 『惑星科学入門』, 講談社学術文庫, 講談社, 320頁, 1996年.
修士一年のときに読んでえらく感動したことを覚えている。「入門」というタイトルは、まさに看板に偽りなしで、地球惑星の内部構造から惑星地質、惑星探査、惑星形成論まで幅広く丁寧に解説されている。このような本を書き下ろせる地球惑星科学者は日本でほかにいないと思う。
松井 孝典, 『銀河系惑星学の挑戦―地球外生命の可能性をさぐる』, NHK出版新書, NHK出版,
      248頁, 2015年.
惑星科学の基礎知識と歴史が網羅的に解説されている。1995年の系外惑星の発見以降の惑星探査や地球外生命学の進展に関する基本的な情報が遍く紹介されているのが特徴。現在、固体地球科学の研究者を目指そうと思っている人にも、この分野への展望が開ける可能性を秘めている必読の書だと思う。
巽 好幸, 『地球の中心で何が起こっているのか 地殻変動のダイナミズムと謎』, 幻冬舎新書, 幻冬舎,
      211頁, 2011年.
地球内部ダイナミクスや火山学(著者は「マグマ学」と呼ぶ)に関する新鮮な話題が紹介されている。地球の内部構造や地球史の概観から始まり、最後はマントルの物質循環というように、マクロな話題からミクロな話題へ読者を誘導するように工夫されている。参考文献が付いていれば良かった。
丸山 茂徳・磯崎行雄, 『生命と地球の歴史』, 岩波新書, 岩波書店, 275頁, 1998年.
「プルームテクトニクス理論」を提唱した著者らが書いた本である。岩石学・地質学の普遍的な内容がたくさん含まれていてためになるが、2015年秋の地質学会で筆頭著者が「今や、この本に書いていることは半分以上間違っている」と言っていたので、話半分に聞くつもりで読んだ方が良いのだろう。
島村 英紀, 『地震はどこに起こるのか―地震研究の最前線』, ブルーバックス, 講談社,
      298頁, 1993年.
学部生のときはこの本を読んで地震のメカニズムだけが分かったつもりになったが、研究者になって改めて読んだとき、地震学における海底地震観測の重要性にやっと気付いた。今や地震学の一般書はあまた出版されているが、この本からスタートして、より詳しい内容の本に進めば良いだろう。
山岡 耕春, 『南海トラフ地震』, 岩波新書, 岩波書店, 240頁, 2016年.
「南海トラフ地震」というタイトルが付いているが、れっきとした地震学一般の入門書で、もちろん内容も新鮮である。新書には珍しく重要な専門用語が太字で示されている。地震の基礎知識を身につけ、来たるべき大地震に科学的な姿勢で向き合う必要性を、読者に対して暗に説いているのだろう。
田近 英一, 『大気の進化46億年 O2とCO2 −酸素と二酸化炭素の不思議な関係−』,
      知りたい!サイエンス, 技術評論社, 232頁, 2011年.
著者は地球惑星システム科学に関する幾つかの優れた本を出版しているが、特にこの本が図表が豊富で理解しやすいと思った。全球凍結、酸素と二酸化炭素の循環、温室効果など、地球史、気候変動史、生命進化史の勉強に取り掛かる上で欠かせない話題が余すことなく紹介されている。
川上 紳一・東條 文治, 『図解入門 最新地球史がよくわかる本―「生命の星」誕生から未来まで 
      進化の謎』 第2版, How‐nual Visual Guide Book, 秀和システム, 382頁, 2009年.
第一線の地質学者によるこの本は、地球史や生命史のさまざまな事柄に関してとにかく情報量が多くてためになる。二色刷りで、図も豊富なので読んでいて飽きない。この本で興味を持ったテーマをさらに他の本でカバーすればよいと思う。ところで、"how-nual"ってどういう意味だろうか?

地球科学の研究者になりたい高校生や中学生にお勧めしたい本

 地球科学(地震学や火山学、地質学)の研究者になりたい高校生や中学生にお勧めしたい本を紹介します。これらの本は地球科学の普遍的知識を楽しく吸収するために最適な本でしょう。
島村 英紀, 『教室ではおしえない地球のはなし―硬くない!丸くない!』, ブルーバックス, 講談社,
      266頁, 1991年.
地震学者の著者は非常に多くの一般書を出版しているが、高校生以下が読む地球科学の入門書としてはこの本をお勧めする。著者の本は文章がすごく上手であることが特徴である。著者のHPはこちら
深尾 良夫, 『地震・プレート・陸と海―地学入門』, 岩波ジュニア新書, 岩波書店, 228頁, 1985年.
地震学の世界的第一人者が書いたこの本は、出版から30年以上経っても地球科学入門の定番書となっている。固体地球科学や地震学の基礎が面白い語り口で網羅的に説明されている。
上大岡 トメ・上大岡 アネ, 『生き延びるための地震学入門』, 幻冬舎, 177頁, 2011年.
実在する女性大学教員とその妹(エッセイスト)の対話形式で、「地震はどのように起こるのか」、「地震波どのように観測するのか」について、楽しいイラストと語り口調で丁寧に書かれている。
浜野 洋三, 『地球の真ん中で考える』, 地球を丸ごと考える 1, 岩波書店, 134頁, 1993年.
高校の授業では深く習わない地球中心核(外核と内核)の構造や状態が詳しく説明されている。マントルの活動と気候変動、地球磁場変動の関わりが分かりやすく解説されているのも特徴。
丸山 茂徳, 『46億年 地球は何をしてきたか?』, 地球を丸ごと考える 2, 岩波書店, 154頁, 1993年.
上記の同シリーズの本が現在の地球の姿や構造を知る本だとすれば、この本は過去の地球でどんなことが起こってきたかを知るための最適な本である。著者は地質学の世界的第一人者である。
巽 好幸, 『なぜ地球だけに陸と海があるのか――地球進化の謎に迫る』, 岩波科学ライブラリー, 岩波書店,
      128頁, 2012年.
地球内部の物質循環に関する最新の話題がユニークな図表で詳しく丁寧に紹介されている。大陸が今まさに生まれている伊豆・小笠原・マリアナ弧での大陸地殻の形成の話がこの本の中心となっている。
藤井 敏嗣, 『正しく恐れよ!富士山大噴火―いつ、何が起こるのか どうすればいいのか』, 徳間書店,
      198頁, 2015年.
火山噴火のメカニズムから観測態勢、防災まで幅広く解説されている。監視人員としての火山学の"専門家"を増やすのではなく、日々の基礎研究で生活できる火山学者を各地の大学に増やすべきだろう。
数研出版編集部, 『もういちど読む数研の高校地学』, 数研出版, 400頁, 2014年.
高校生の副読書としては間違いなく最も優れた本だと思う。教科書の出版社だけあり、図が綺麗。数研以外の教科書を使っている生徒や大学受験で地学を選択する生徒には必須の本だろう。
浜島書店編集部, 『ニューステージ新地学図表―地学基礎+地学対応』, 浜島書店, 201頁, 2013年.
高校の授業の資料集であるが、大学の教養の授業でも使えるし、中学生の自由研究でも使える。掲載されている図版は全てカラーで、毎年新しいものに更新されている。眺めているだけでも楽しい。
ニュートンプレス編集部, 別冊ニュートン『地球の変遷 生命の躍進―地球と生命 46億年のパノラマ』,
      ニュートンプレス, 170頁, 2015年.
地球と生命の歴史についてきれいなイラストと分かりやすい文章で解説されている。基礎的な事柄だけではなく、最新の研究成果まで織り交ぜられている。小学校高学年生が読んでも楽しいと思う。

学部二、三年生の自主学習に有用な地球内部物理学の教科書・入門書10選

 大学での講義で物足りない学部生が自主学習するのに良い教科書・入門書とは、基礎的な事柄が網羅的に紹介されている教科書です。日本語で書かれた入門書は書店でペラペラめくれば簡単に良い本を見つけられますが、洋書はそういうわけにはいきません。良い洋書の教科書・入門書を見つけるコツは、
 (1)各研究分野の第一人者の研究者に臆することなく訊いて紹介してもらう。
 (2)amazon.co.jpの「洋書」カテゴリーで自分が勉強したい内容をキーワード検索する。
 (3)Googleブックスで検索して本の中身の一部が見えれば、図版が豊富な本を選ぶ。
 (4)日本語で書かれた普及書や専門書に引用されている文献を当たってみる。
 (5)少数の著者で書かれた本を探す。多数の著者が寄せ集まって書いた論文集のような本は避ける。
です。
 以下では、これから専門的な固体地球物理学の授業を受ける学部生(二、三年生)、さらに、卒業研究生や大学院生が基礎事項を再確認するための教科書(基本的に入門書であるが、専門的な事柄も多少は含まれる)を紹介します。著名な教科書は内容を刷新するために版を重ねることがあります。下に挙げた教科書は最新版ですが、大学の図書館には古い版の本が置いてあるかも知れません。もちろん、以下で紹介する教科書のほかにも多くの良書があります。
 以下、PTはプレートテクトニクスの略。
Turcotte, D.L. and G. Schubert, 2014, Geodynamics. 3rd edn., Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 623 p.
マントルダイナミクスやPTを理解するために必要な地球物理学の理論の習得に大変重要な教科書。
Fowler, C.M.R, 2005, The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. 2nd edn., Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 685 p.
理論、観測、計算など広い立場から、幅広いで視野から固体地球物理学の基礎が解説されている。
Davies, G.F., 1999, Dynamic Earth: Plates, Plumes and Mantle Convection. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 458 p.
マントル対流の理論や数値計算の結果を中心に地球内部のダイナミクスや進化を解説した教科書。
Davies G.F., 2011, Mantle Convection for Geologists. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 232 p.
一つ前の1999年の本は基礎がより丁寧に解説されているが、本書はページ数が少ない分、読み易い。
Condie, K.C., 2015, Earth as an Evolving Planetary System. 3rd edn., Academic Press, London, UK, 430 p.
地球内部ダイナミクスと地球表層環境との相互作用について基礎事柄が網羅的に紹介されている。
Kearey, P., K. Klepis, and F. Vine, 2009, Global Tectonics. 3rd edn., Wiley-Blackwell, Oxford, UK, 482 p.
プレートテクトニクスの基礎を満遍なく習得するには、この本が最も手っ取り早いかもしれない。
Twiss, R.J. and E.M. Moores, 2007, Structural Geology, 2nd edn., W.H. Freeman & Co Ltd., New York, USA, 736 p.
分量が大変多いが、構造地質学の習得に必要な物理について基礎から細やかな解説がなされている。
Lay, T. and T.C. Wallace, 1995, Modern Global Seismology, Academic Press, San Diego, USA, 517 p.
地震学の基礎や地震学とPTとの繋がり(サイスモテクトニクス)を理解するのに大変有用な教科書。
Merrill, R.T., M.W. McElhinny, and P.L. McFadden, 1998, The Magnetic Field of the Earth: Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle. Academic Press, San Diego, USA, 531 p.
地球電磁気学、古地磁気学、コアのダイナミクスの理論をじっくり勉強したい学生に有用な教科書。
Verhoogen, J., 1980, Energetics of the Earth. National Academy Press, Washington D.C., USA, 139 p.
エネルギー保存の概念からマントルとコアのダイナミクスや地球の熱輸送を論じている不朽の名著。

学生の自主学習に有用な数値シミュレーションの教科書10選

 熱対流運動は、時々刻々と変化する身の回りの空気や水の運動のみならず、実際に見ることができない地球内部の運動をも支配する最も根本的な物理機構です。このような「非定常熱対流運動」を支配する基礎物理(古典力学、連続体力学、流体力学、熱力学、電磁気学)を理解している前提で、パソコンは触ったことがあるもののコンピュータプログラミングの経験がない学部生が、自分で数値シミュレーションプログラムを作成して、それを実践し、さらに学位論文研究を行うためには以下の順番で基本事項を習得する必要があります。

 (1)コンピュータ言語とプログラミングの理解
 (2)基礎方程式の離散化手法の理解
 (3)物質と熱の移動の数値計算手法の理解
 (4)(3)に必要な数学的解法(数値解析法)の理解
 (5)数値データの可視化手法の理解

 大学の講義や演習ではこれらの基礎事項のうちのごく一部分しか扱われないと思いますので、以下では、学生が(1)から(4)を独学で習得する際に有用な教科書を紹介します。
ラリー・ニーホフ, サンフォード・リーストマー著, 渡邊 了介訳, 『入門Fortran90』,
     ピアソン・エデュケーション, 381ページ, 2001年.
F90の特徴が重点的に説明されており、プログラム例も丁寧な解説がなされ、自主学習に向いている。
田口 俊弘, 『Fortranハンドブック 数値計算に最適なソフトウェアFortran95の基礎から実践まで』,
     技術評論社, 448ページ, 2015年.
F90/95の教科書として最も新しく、基本事項から実際の問題への応用まで体系的に解説されている。
牛島 省, 『数値計算のためのFortran90/95プログラミング入門』, 森北出版, 244ページ, 2007年.
数値シミュレーションの応用例として具体的な課題が紹介されているのが特徴で、自主学習に最適。
森 正武, 『FORTRAN77 数値計算プログラミング』 , 岩波コンピュータサイエンス, 岩波書店,
     398ページ, 1987年.
F77の教科書だが、常微分方程式や連立一次方程式等の解法アルゴリズムが丁寧に説明されている。
越塚 誠一, 『数値流体力学』 , インテリジェント・エンジニアリング・シリーズ, 培風館,
     223ページ, 1997年.
比較的ページ数が少ないが、数値流体力学に必要な知識が丁寧かつ網羅的に詰め込まれた良書。
J.H. ファーツィガー, M. ペリッチ著, 小林 敏雄, 谷口 伸行, 坪倉 誠訳,
     『コンピュータによる流体力学』, シュプリンガー・フェアラーク東京, 419ページ, 2003年.
     [原著] Ferziger, J.H. and Peric, M.,
     Computational Methods for Fluid Dynamics, 3rd ed. 423pp.,
     Springer-Verlag Berlin, Germany, 2002.
数値流体力学の離散化手法、解法、実際の問題の応用例等、必要情報がバランス良く説明されている。
H.K. フェルスティーグ, W. マララセーカラ原著, 松下 洋介,齊藤 泰洋,青木 秀之,三浦 隆利共訳,
     『数値流体力学 第2版』, 森北出版, 528ページ, 2011年.
     [原著] Versteeg, H.K. and Malalasekera, W.,
     An Introduction to Computational Fluid Dynamics,
     The Finite Volume Method, 2nd ed., 503pp., Pearson Education Limited,
     Cambridge, UK., 2007.
有限体積法によるシミュレーションのバイブル的教科書で、これから研究する学生には一番勧めたい。
スハス V. パタンカー原著, 水谷 幸夫, 香月 正司共訳, 『コンピュータによる熱移動と流れの数値解析』,
     森北出版, 1985年.
     [原著] Patankar, S.V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow,
     Hemisphere Publishing Corporation, 197pp., Washington, D.C., USA, 1980.
熱対流のシミュレーション手法が解説された有名な教科書。原著は入手しにくいかも知れない。
荒川 忠一, 『数値流体工学』, 東京大学出版会, 229ページ, 1994年.
熱対流のシミュレーション手法に関して、上記のパタンカーの本の内容が簡潔に説明されており有用。
森 正武, 『数値解析 第2版』, 共立数学講座12, 共立出版, 291ページ, 2002年.
上記の教科書で紹介されている数値解析法の数学的理解を深めるための教科書の一つとして定番。