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第１０回　移動する大砂漠

配付プリント等

• DVD『地球大紀行第９集：移動する大砂漠　　サハラ砂漠』（約50分）。
  『砂漠は生きている。動いたり、消えたり。サハラ砂漠などに取材しながら、地球的規模で起こる気候変動について考える。』
• 同『映像特典：｢世界の砂漠｣』（約10分）。
  『世界各地の砂漠のできる仕組みと、その厳しい条件の中で生きている生物たちの姿を紹介する。』
• プリント�H２枚。出席票。
  【1枚目表】（太陽放射と地球放射、大気の温度構造）
  図4…『地球の気候はどう決まるか？』（12p）
  表2-1、図2-1、図2-2、図2-5、図3-1、図3-3…『地球環境論』（24,25,26,29,64,67p）
  【1枚目裏】（大気の大循環、砂漠・土壌・植生・年降水量の分布）
  図15、図21、図24…『水は地球の命づな』（49,74,80p）
  図7、図18…『地球の気候はどう決まるか？』（27,75p）
  図9.4、図10.2…『地球の資源と環境　第二版』（156,187p）
  【2枚目表】（地球上のエネルギーの流れ）
  図2.2…『気候変動論』（35p）
  図1.1、表1.1、図2.1、図2.2…『地球環境の化学』（2,5,98,100p）
  【2枚目裏】（温室効果）
  図2.3、図2.4、図2.10、図2.11、図2.12、図2.13、表2.3…『地球環境の化学』（101,102,110,111,112,114p）
• 補足説明：
  ※地表温度は、太陽光の強度〔太陽と地球の位置関係の変化（地球軌道要素⇒ミランコビッチサイクルを参照）、および太陽光自体の強度変化（暗い太陽のパラドックスを参照）〕の大きさ、アルベド（地球表面からの太陽光の反射率）の大きさ、温室効果ガスの種類と量、の３つのバランスによって主に決まる^*1)。地球に太陽から放射されたエネルギー（熱）は太陽放射と呼ばれ、主に可視光を主とする。一方、地球から宇宙へ放出されるエネルギー（熱）は赤外線として放射され、地球放射と呼ばれる。つまり、地球放射の赤外線と反応する大気中ガス成分が温室効果ガスである。太陽放射による太陽エネルギーは、地表における物質循環のエネルギー源である。例えば、大気は、太陽放射が大きい赤道地域と、逆に小さい高緯度（極）地域との間の温度差を無くすように運動する。実際には大気全量の２／３（〜３／４）程度は対流圏と呼ばれる高度１０キロメートル程度の薄い層として存在するため、この部分で大気の大循環が生じている。
  　　^*1)他には、エアロゾルのような太陽光を遮る物質の種類と量（雲も含む）の変化、火山活動〔温室効果ガスおよびエアロゾルの放出：マントル由来物質（プルーム）も含む〕、メタンハイドレートの大規模放出（メタンは温室効果ガス）、海洋深層流（熱塩循環）の変動、地球外物質の衝突（隕石および彗星）、などもある。
  �@地表温度を決める要因：
  　太陽光、アルベド、温室効果ガス
  �A太陽放射と地球放射：
  �B大気の温度構造：　
  　対流圏、成層圏、中間圏、熱圏、オゾン層、電離圏
  �C大気の大循環：
  　ハドレー循環、フェレル循環、極循環
  　砂漠

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。
• 砂漠については『砂漠化とは』のページを参照。
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』で主な項目について調べることができます。
  ■チャド湖（Lake Chad）／
  ■Category:砂漠（Category:Deserts）／砂漠（Desert）／サハラ砂漠（Sahara）／Category:サハラ（Category:Sahara）／サヘル（Sahel）／ゴビ砂漠（Gobi Desert）／List of deserts by area／
  ■Category:大気（Category:Atmosphere）／地球の大気（Atmosphere of Earth）／大気圏（Atmosphere）／対流圏（Troposphere）／成層圏（Stratosphere）／中間圏（Mesosphere）／熱圏（Thermosphere）／オゾン層（Ozone layer）／電離層（Ionosphere）／
  ■太陽光（Sunlight）／アルベド（Albedo）／Category:温室効果ガス（Category:Greenhouse gases）／温室効果ガス（Greenhouse gas）／ハドレー循環（Hadley cell）／フェレル循環（Atmospheric circulation）／極循環（Polar vortex）／大気循環（Atmospheric circulation）／　
  ■貿易風（Trade wind）／偏西風（Westerlies）／ジェット気流（Jet stream）／
  ■コリオリの力（Coriolis effect）（こちらも参照）／
  ■外気圏（Exosphere）／Category:宇宙空間（Category:Space）／宇宙空間（Outer space）／
  ■Category:大気放射（Category:Atmospheric radiation）／大気の窓（Infrared window）／温室効果（Greenhouse effect）／Category:地球温暖化（Category:Global warming）／地球温暖化（Global warming）／地球温暖化の原因（Attribution of recent climate change）／
• 『地球科学A』の『気圏』の部分も参照。

【大気の温度構造】

• 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〕 大気の温度構造。高度に対して温度は下降と上昇を繰り返しているが、その変わり目を境界として、地表から対流圏・成層圏・中間圏・熱圏と名づけられている。それらの境界は、地表から対流圏界面・成層圏界面・中間圏界面と呼ばれる。成層圏界面付近の温度上昇は、太陽紫外線によるオゾン（O3）の生成と分解に伴う発生熱による。なお、オゾン層は高度20〜30km付近に存在する。また、熱圏の温度上昇は、大気を構成するさまざまなガス分子の太陽紫外線による電離反応に伴う発生熱による。

【大気の大循環】

• 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〕 大気の大循環。おもに対流圏であるが、図は誇張されている。北半球においては、赤道側からハドレー循環・フェレル循環・極循環の３つが存在する。南半球にも対称的に３つの循環が存在する。ただし、図は理想化されている。南北方向の大気の動きは、地球の自転の影響を受けて、例えば北半球では進行方向の右側にそれる。南半球では逆である。

• Figure 7p-2: Simplified global three-cell surface and upper air circulation patterns. 〔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〕 大気の大循環。図中のHは、地表での高気圧帯を、Lは低気圧帯を示す。ハドレー循環の地表側では東からの風となり、貿易風と呼ばれている。フェレル循環の地表側では西からの風となり、偏西風と呼ばれている。また、ハドレー循環とフェレル循環、およびフェレル循環と極循環の、上空側の境界部にはジェット気流（西からの強い風）も存在する。

【砂漠の分布】

• 〔USGSによるDeserts: Geology and Resourcesの『What Is a Desert?』から〕 大気の大循環により、南北の緯度30度付近には、ハドレー循環（フェレル循環も）の下降流（地表は高気圧になる）が吹きつける。ハドレー循環の上昇流（地表は低気圧になる）は赤道付近の湿った空気からなるが、上空で雲や雨（または雪）として水蒸気を放出するため、下降流は乾燥している。したがって、下降流が吹きつけるところは乾燥化し、砂漠となりやすい。

参考

【地表でのエネルギー源】

• 地表でのエネルギー源（熱源）強度比較
  　地表でのエネルギー源はほとんど太陽光のみである。
  

  エネルギー源	強度比	地球上のエネルギー流量*
  		エネルギー源	エネルギー流量 （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	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	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	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

【チャド湖の1963年〜2001年の変化】

• 〔UNEPによるResources for Scientistsの『Maps & Graphics』の『Vital Water Graphics』の『Problems related to freshwater resources』の中の『A Chronology of Change: Natural and Anthropogenic Factors Affecting Lake Chad』から〕 アフリカ大陸中央部に存在するチャド湖の1963年〜2001年の間の変化。1960年代の面積は2.6km2以上であったが、灌漑等により急激に縮小している。

• Lake Chad, West Africa
  1963, 1973, 1987, 1997, 2007　　http://edcwww.cr.usgs.gov/earthshots/slow/LakeChad/LakeChad
• サハラ沙漠の湖、チャド湖を訪れる緑のじゅうたん（2004年12月20日）　　http://www.eorc.jaxa.jp/imgdata/topics/2004/tp041220.html

【4月のアルベド】

• 〔NASAによるVisible Earthの『Atmosphere』の中から〕 アルベド（反射率）〔太陽系の天体（惑星や衛星など）の、太陽からの入射光に対する反射光の強さの比〕。この図は、2002年4月7日〜22日の16日間にわたる、人工衛星TerraのModerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)により観測されたデータから作成されている。

【地表でのエネルギー収支：太陽放射と地球放射】

• 〔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）。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。

• 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）は宇宙へ反射される。

【太陽放射と地球放射】

• 〔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〕 太陽放射はおもに可視光線（0.4〜0.7μm程度）であり、地球放射は赤外線（目に見えない）である。

• 太陽放射と地球放射 〔Seafriends Marine Conservation and Education Centreによるseafriendsの『oceanography』の中の『Oceanography - currents』から〕 １番目の図：横軸は電磁波の波長で、縦軸は強度。大気中のいくつかのガスによる吸収のようすも示されている。 ２番目の図：太陽放射と地球放射について、理論値と実際の値（つまり大気による吸収分が減少）が示されている。 ３番目の図：太陽放射の場所による違いおよび光合成の成分による能力の違いとが示されている。 ４番目の図：横軸は緯度で、縦軸は強度。太陽放射の吸収と反射の違いが示されている。

【太陽放射と地球放射の緯度による違い】

• Figure 7j-1: Balance between average net shortwave and longwave radiation from 90゜North to 90゜South. 〔Okanagan University CollegeのDepartment of GeographyのMichael Pidwirny氏によるPhysicalGeography.netの『FUNDAMENTALS OF PHYSICAL GEOGRAPHY』の『CHAPTER 7: Introduction to the Atmosphere』の中の『(j). Global Heat Balance: Introduction to Heat Fluxes』から〕 赤道付近は太陽放射＞地球放射で、極付近は逆に地球放射＞太陽放射である。そのため、赤道付近はますます暑く、極付近はますます寒くなるが、これらの温度差を無くす方向に大気と海水が循環する。したがって、ある程度に温度差が縮まった状態でほぼ定常に達している。

【放射平衡温度】

• 〔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〕 地球が受けるエネルギー＝地球が放射するエネルギー S・（1−A）・πｒ2＝４πr2・I ここで、 ・S＝太陽定数（常数）＝1.37×103（J・m-2・s-1）＝1.37×103（W・m-2） ・A＝アルベド≒0.3 ・r＝地球半径（m） ・I＝地表での放射エネルギー≒240（W・m-2） 　上式から I が求められ、さらにステファン・ボルツマンの法則から地表温度が求められる。 ステファン・ボルツマンの法則〔Stefan-Boltzmann law〕（黒体の表面から単位面積・単位時間当りに放出される電磁波のエネルギー I は、その黒体の絶対温度 T の4乗に比例する）： I（W・m-2）＝σT4 ここで、ステファン・ボルツマン定数σ＝5.67×10-8 （W・m-2・K-4） 　太陽光の強度および地球の大きさと反射率から、地球が放射するエネルギー（＝地球が受けるエネルギー）を計算することができる。さらに、ステファン・ボルツマンの式から、理想的な（放射平衡の）地表温度を計算できる。この式から、電磁波のエネルギー（波長でも表現できる* ）とその電磁波を放射している物体の温度を計算できる。つまり、太陽表面は6000℃程度で、地表面は-18℃程度である。しかし、地球の場合は温室効果を行う大気が存在するため、その影響によって約15℃となっている（つまり温度差33度分は水蒸気や二酸化炭素などによる温室効果による上昇である）。 * アインシュタインによる光子に関する式はE＝hν＝h・c/λ（E：エネルギー、h：プランク定数、ν：振動数、c：光の速さ、λ：波長）。

【砂漠】
　砂漠の面積についての情報は多くない。以下に『ウィキペディア』からのデータを示した。

• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』の『砂漠』から
  

  砂漠

  アフリカ大陸	バユダ砂漠 - チャルビ砂漠 - ダナキル砂漠 - 東部砂漠 - フェリオ砂漠 - カラハリ砂漠 - リビア砂漠 - ナミブ砂漠 - ヌビア砂漠 - ニーリ砂漠 - リフタスフェルト - サハラ砂漠 - テネレ - 白砂漠
  南極大陸	南極大陸
  アジア	バダインジャラン砂漠 - ゴビ砂漠 - ハミ砂漠 - インダスバレー砂漠 - グルバンテュンギュト砂漠 - カラクム砂漠 - ハーラーン砂漠 - クムタグ砂漠 - キジルクム砂漠 - ロプノール - オルドス地方 - ツァイダム盆地 - レギスタン砂漠 - サルイイシコトラウ砂漠 - タクラマカン砂漠 - トングリ砂漠 - サール砂漠 - タール砂漠 - チョーリスタン砂漠 - ウスティウルト高原 - ウランプハ砂漠
  オーストラリア大陸	ギブソン砂漠 - グレートサンディ砂漠 - グレートビクトリア砂漠 - リトルサンディ砂漠 - ナラボー平原 - プレーンテッド砂漠 - シンプソン砂漠 - ストレズレキ砂漠 - スタート砂漠 - タナミ砂漠 - チラリ砂漠
  ヨーロッパ	アクーナ砂漠 - バルデナス・レアル - ブレドウスカ砂漠 - カボ・デ・ガタ自然公園 - デリブラッスカ・ペスカラ - ハーレンディ - オルテニア・サハラ - リン砂漠 - タベルナス砂漠
  中東	ダハナ砂漠 - アラビア砂漠 - カヴィール砂漠 - ルート砂漠 - マルゴ砂漠 - ナオミード砂漠 - ユダヤ砂漠 - ネフド砂漠 - ルブアルハリ砂漠 - ネゲヴ - シリア砂漠 - ティハーマ
  北アメリカ	アガーテ砂漠 - アルヴォード砂漠 - アマルゴサ砂漠 - バハ・カリフォルニア砂漠 - ブラックロック砂漠 - カークロース砂漠 - チャネルド・スキャブランド - チワワン砂漠 - コロラド砂漠 - コロラド高原 - エスカランテ砂漠 - グレートベースン - グレートソルトレイク砂漠 - ハルナダ・デ・ムエルト - モハーヴェ砂漠 - インカミップ砂漠 - オウィヒー砂漠 - プレーンテッド砂漠 - スモーククリーク砂漠 - ソノラ砂漠
  南アメリカ	アタカマ砂漠 - ラ・グアヒーラ砂漠 - メダノス・デ・コロ国定公園 - モンテ砂漠 - パタゴニア砂漠 - セチュラ砂漠 - タタコア砂漠
  オセアニア	カウ砂漠 - ランギポ砂漠

• Wikipedia, the free encyclopediaの『Desert』および『List of deserts by area』（上位25位までが記されている）から抜粋および一部修正
  

  世界の１０大砂漠

  順番		砂漠	面積（km2）	位置
  1	-	南極砂漠	13,829,430	南極
  2	-	北極	>13,700,000	アラスカ、カナダ、グリーンランド、アイスランド、ロシア
  3	1	サハラ（アフリカ）	>9,100,000	アルジェリア、チャド、エジプト、リビア、マリ、モーリタニア、モロッコ、スーダン、チュニジア
  4	2	アラビア砂漠（中東）	2,330,000	サウジアラビア、ヨルダン、イラク、クウェート、カタール、UAE、オマーン、イエメン
  5	3	ゴビ砂漠（アジア）	1,300,000	モンゴル、中国
  6	4	カラハリ砂漠（アフリカ）	900,000	アンゴラ、ボツワナ、ナミビア、南ア
  7	5	パタゴニア砂漠（南アメリカ）	670,000	アルゼンチン、チリ
  8	6	グレートビクトリア砂漠	647,000	オーストラリア
  9	7	シリア砂漠（中東）	520,000	シリア、ヨルダン、イラク
  10	8	グレートベースン砂漠（北アメリカ）	492,000	米国

  
  ※南極砂漠は雪氷に覆われた面積が大きい。北極（地方）は、ツンドラ（Tundra）地帯などである。これらはcold desertと呼ばれる。通常の砂漠はhot desertであり、その中で最大のものがサハラ砂漠である。