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第８回　水と大気の働きについて

配付プリント等

• 内容：水と大気の働きについて。
• 配布プリント：４種：
  １）「4　地球表層における物質循環」…『地球化学』（107-128p）
  ２）「付表�W　大気中の化学成分の濃度と平均滞留時間」、「付表�X　海水中の化学成分の平均濃度と平均滞留時間」…『地球化学』（240,241p）
  ３）「地球表面の諸環境」…『図説地球科学』（126-133p）
  ４）「4.　海の堆積物」…『地球の水圏−海洋と陸水』（66-69p）
• 紹介した参考図書：
  �@松尾禎士（監修）（1989）：地球化学．
  　　　地球化学の入門書の定番。
  �A杉村　新・中村保夫・井田喜明（編）（1988）：図説地球科学．
  　　　岩波書店の旧地球科学講座を図を中心にまとめたもの。少し古いがお奨めの一つ。
  �B地学団体研究会（編）（1995）：地球の水圏−海洋と陸水．
  　　　新版地学教育講座全１６巻の中の１冊。もっとも広い範囲の説明をわかりやすく行っているもの。　

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』ページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 気圏については『気圏について』のページを参照。
• 水圏については『水圏について』のページを参照。
• 地圏については『地圏について』のページを参照。
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』の『大気』（『Category:大気』、『Category:気象』）および『海』（『Category:海』）などを参考にしてください。また、『放散虫』、『珪藻』、『有孔虫』なども。
  ■Category:大気（Category:Atmosphere）／大気圏（Atmosphere）／地球の大気（Earth's atmosphere）／対流圏（Troposphere）／ハドレー循環（Hadley cell）／Category:気象（Category:Weather）／気象（Weather）／
  ■コリオリの力（Coriolis effect）／自転（Rotation）／
  ■Category:海（Category:Seas）／海（Sea）／Category:大洋（Category:Oceans）／大洋（Ocean）／Category:海流（Category:Ocean currents）／海流（Ocean current）／海底（Seabed）／海水（Seawater）／
  ■Category:河川（Category:Rivers）／川（River）／Category:湖（Category:Lakes）／湖沼（Lake）／

【地表でのエネルギー源】
　地表における物質の循環に必要なエネルギーのほとんどは太陽光からのものである。プレートテクトニクスにおける物質循環に必要なエネルギーは地熱からのものである。しかし、地表でこれらを比較すれば、太陽光は地熱の5000倍もある。

• エネルギー源 （Energy Source in Nature）	強度比 （Intensity Ratio）	地球上のエネルギー流量*
  		エネルギー源	エネルギー流量 （Energy Flux） （1020 kJ/年）
  		太陽から宇宙へ放射されるエネルギー	1.17×1011
  太陽光（Sunlight）	5000	地球に入射する太陽エネルギー	54.4
  		地球の気候や生物圏に影響するエネルギー	38.1
  		水の蒸発に使われるエネルギー	12.5
  		風力エネルギー	0.109
  		光合成に使われる太陽エネルギー	0.0836
  		純一次生産力に使われるエネルギー	0.0372
  地熱（Geotherm）	1	地球の内部から表面に伝達されるエネルギー	0.0100
  		人類が消費した全一次エネルギー（1990）	0.00368
  		消費された化石燃料のエネルギー含量（1990）	0.00297
  重力（Gravity）	0.1	潮汐と波力エネルギー	0.00126
  		米国の全エネルギー消費量（1990）	0.000837
  		人類が消費した食糧のエネルギー含量（1990）	0.000188
  *スピロ・スティリアニ（2000）による〔『地球環境の化学』（1-5p）から〕の『表1.1　地球上のエネルギー流量』から

【地表でのエネルギー収支】
　地表付近でのエネルギー収支において、太陽光の3割は反射されるために残りの7割が入力エネルギーである。このエネルギーが地表におけるさまざまな現象に使われている。

• Figure 2 - Globally Averaged Energy Budget 〔Oklahoma Climatological Surveyの『Training Materials』の『Overview of Meteorology』の中の『Earth's Energy Budget』から〕 太陽放射のうち約３割（アルベド、Albedo）は宇宙へ反射される。

• 〔千葉県環境研究センターの『平成14年度第1回公開講座第1部スライド』から〕 太陽放射のうち約3割は宇宙へ反射される（アルベド、Albedo）。また、太陽放射の約5割（アルベド分を除くと約7割）が地表（陸および海）で吸収される。

【地球上の水の分布と循環】
　地表付近に存在する水の約97％は海水（Seawater）である。残りは陸に存在する陸水（Inland Waters、Terrestrial Waters）であるが、約2％は氷河（Glacier）である。存在量の他に循環する速度〔滞留時間（Residence Time）として表わすことが多い〕も重要である。
　地表において水は蒸発し、水蒸気（Water Vapor）として大気中を上空へ移動する。水蒸気は雲（Cloud）を形成し雨（Rain）や雪（Snow）として地表へ戻る。その循環の速度は、過程によって大きく異なる。

• 〔国土交通省の『土地・水資源関係』の『水資源部』の中の『日本の水資源』の『平成16年版 日本の水資源』の『第�U編第１章本文』から〕

• Water source Water volume, in cubic miles Percent of total water Oceans 317,000,000 97.24% Icecaps, Glaciers 7,000,000 2.14% Ground water 2,000,000 0.61% Fresh-water lakes 30,000 0.009% Inland seas 25,000 0.008% Soil moisture 16,000 0.005% Atmosphere 3,100 0.001% Rivers 300 0.0001% Total water volume 326,000,000 100% Source: Nace, U.S. Geological Survey, 1967 〔米国地質調査所によるWater Science for Schoolsの『Earth's Water』の『Earth's water distribution』から〕 地球上の水の分布。

• 〔UNEPの『Maps & Graphics』の『Vital Water Graphics』の『FRESHWATER RESOURCES』から〕

参考

【大気圏の温度構造】
　大気圏（Atmosphere）は気温の上下動が変化する高度で４分されている。つまり、地表から10km付近までは、上空ほど低温であり、大気の対流が活発であるので対流圏（Troposphere）と呼ばれる：10km付近から50km付近までは、上空ほど高温であり、大気の対流は起こりにくいので成層圏（Stratosphere）と呼ばれる：50km付近から80km付近までは、上空ほど低温であるが、大気の密度が小さいので目だった特徴がないために中間圏（Mesosphere）と呼ばれる：80km付近以上では、上空ほど高温であるが全体的に気温が高いために熱圏（Thermosphere）と呼ばれる。

• 大気の鉛直構造 〔三輪剛史氏によるJacso Palaceの中の『気象用語集』から〕

• Figure 7b-1: Vertical change in average global atmospheric temperature. Variations in the way temperature changes with height indicates the atmosphere is composed of a number of different layers (labeled above). These variations are due to changes in the chemical and physical characteristics of the atmosphere with altitude. 〔Michael Pidwirny氏によるPhysicalGeography.netの『FUNDAMENTALS OF PHYSICAL GEOGRAPHY』の『CHAPTER 7: Introduction to the Atmosphere』の『(b). The Layered Atmosphere』から〕 対流圏（Troposphere）に大気の２／３（〜３／４）程度が存在する。気象現象（Weather）は、この厚さ１０キロメートル程度の薄い対流圏内で生じている。

【大気の大循環】
　大気の大循環（Atmospheric Circulation）は、厚さ１０キロメートル程度の薄い対流圏内で主に起こっている。赤道（Equator）を堺にして、北半球（Northern Hemisphere）と南半球（Southern Hemisphere）に対称的にそれぞれ３つの循環が存在し、赤道に近いハドレー循環（Hadley Cell）が最も大きい。地表付近では、地球の自転（Rotation）による見かけのコリオリの力（Coriolis Effect、Coriolis Force）によって、進行方向に北半球では右側への力を受け、南半球では左側への力を受ける。

• 〔David Hodell and Ray G. Thomas両氏によるWelcome to the GLY1073 Electronic Tutor:　"An Introduction to Global Change"の『Atmospheric Circulation』の中から〕

• Idealized, three cell atmospheric convection in a rotating Earth. "Three cell" being either three cells north or south of the equator. The deflections of the winds within each cell is caused by the Coriolis Force. Figure 7.5 in The Atmosphere, 8th edition, Lutgens and Tarbuck, 8th edition, 2001. 〔Eastern Illinois UniversityのJohn P. Stimac氏による『Weather and Climate ESC 1400G - Sections 7, 8, 9』の『Atmospheric Circulation』から〕

【年平均降水量】
　世界の年平均降水量（Globally-Averaged Annual Precipitation）は1000mm（＝1m）程度である。大気の大循環のハドレー循環（Hadley Cell）における上昇（Ascent）域〔地表では低気圧帯（Low-Pressure Area）となる〕を中心とした付近が最も多い。逆に、下降（Descent）域〔地表では高気圧帯（High-Pressure Area）となる：南北緯30度周辺〕付近では少なく、砂漠（Desert）が形成されやすい。

• 〔国土交通省の『土地・水資源関係』の『水資源部』の中の『日本の水資源』の『平成16年版 日本の水資源』の『第1編本文』から〕

【世界の主要河川流域】
　世界の大河川（River）の流域は広大である。このような河川の河口部（Estuary）では膨大な量の堆積物（Sediment）が集積している。

• 〔World Resources InstituteによるEarthTrendsの中の『Watersheds of the World』から〕 １０大河川 　 河川a 上図の番号 流域面積 （1,000 km2） 長さ （km） 河口の所在 国（地域） 海洋等 1 アマゾン 96 7,050 6,516 ブラジル 大西洋 2 コンゴ（ザイール） 1 3,700 4,667 コンゴ民主共和国 大西洋 3 ミシシッピ−ミズーリ 85 3,250 6,019 アメリカ合衆国 メキシコ湾 　ミズーリb 　 　 3,969 　ミシシッピb 　 　 3,779 　アーカンザス（アーカンソー）b 　 　 2,348 4 ラプラタ 100 3,100 30±c アルゼンチン、 ウルグアイ 大西洋 　パラナb 　 　 4,500 　パラグアイb 　 　 2,600 5 ナイル 8 2,978 6,695 エジプト 地中海 6 エニセイ−アンガラ 76 2,700 5,550 ロシア カラ海 7 オビ（オブ）−イルチシ 67 2,430 5,570 ロシア オビ湾 8 レナ 61 2,420 4,400 ロシア テプテス海 9 アムール（黒竜江） 46 1,840 3,688 ロシア 間宮海峡 10 マッケンジー 84 1,765 4,250 カナダ ボーフォート海 a：（　）は別名。b：支流。c：パラナ、パラグアイ川の合流点以下の河口の部分。長さ30キロメートル前後。 〔総務省統計局・政策統括官（統計基準担当）・統計研修所の『世界の統計』から〕

【地下水（帯水層、井戸、地下水流のタイプ）】
　陸水の中で、液体の水の存在量が最も多いのは地下水（Groundwater）である。

• 〔UNEPの『Maps & Graphics』の『Vital Water Graphics』の『FRESHWATER RESOURCES』から〕 帯水層（Aquifer）、井戸（Well）、地下水流（Groundwater Flow）のタイプ。

【海水の塩分と水温】
　海水（Seawater）に含まれる塩分（Salinity）は約3％〔＝3‰（パーミル、千分率、Per Mil、Per Mille、Permil、Per Mill、Promille）〕強であり、比較的均質である。表層海水の水温は季節と緯度の違いに応じて変動が大きいが、深層海水では2℃程度の一定した水温を示す。

• Figure 1. The salinities of Earth's Oceans measured in ppm 平均塩分は35‰で、表面付近を除けば変動は少ない。 Figure 2: Thermal structure of Earth's Oceans 全海洋において、海底付近（深度4〜5km）の温度は緯度の違いによらず1〜2℃で一定である。 〔The University of Michigan's Global Change CurriculumのIntroduction to Global Changeの『Global Change 1』の中の『The Blue Planet: Salinity, Circulation, and the Conveyor Belt』から〕

【海流（表層流）と風】
　地表の温度は、赤道地域で高くて極地域で低いが、その温度差をなくすように大気と海水は動く。大気の場合は大気の大循環と呼ばれる循環となるが、海水の場合は表層での海流（Ocean Current）とよばれる循環ならびに深層も含めた海洋の大循環〔熱塩循環、Thermohaline Circulation：『海洋ベルトコンベア（Ocean Conveyor Belt、Great Ocean Conveyor、Global Conveyor Belt）』とも呼ばれる〕として循環する。海流はとくに大気（風、Wind）の影響を強く受ける。

• 世界の主な海流 �@黒潮／�A親潮／�B北太平洋海流／�C北赤道海流／�D赤道反流／�E南赤道海流／�F南インド海流／�G南大西洋海流／�H北大西洋海流／�I南極海流／�Jカリフォルニア海流 〔気象庁の『気象統計情報』の『海洋の情報』の『海水温・海流』の『海洋の知識　海流』から〕

• 〔（財）日本海事広報協会による海と船なるほど豆事典の『海の自然のなるほど』の『海流はどうしておきるの』から〕

【海底地形】
　海水を取り去った海底（Seabed、Seafloor、Sea Floor、Ocean Floor）の地形である。このような海底地形の成因はプレートテクトニクスによって説明されている。

• A three-dimensional map of the oceans 〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography: Oceans』から〕

  
  

  〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography: Oceans』から〕 大陸側から大陸縁辺〔Continental Margin：大陸棚（Continental Shelf）、大陸斜面（Continental Slope）、コンチネンタルライズ（Continental Rise）〕、海溝（Oceanic Trench）、深海底（Abyssal Plane）、海嶺（中央海嶺、Mid-Ocean Ridge、Mid-Oceanic Ridge）。