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第８回　三圏における物質とエネルギー循環

配付プリント等

• 『三圏における物質とエネルギー循環』。講義内容は以下について。
  �@エネルギー循環：
  　１）エネルギー源：（地表での相対強度）
  　　・太陽光（5000）
  　　・地熱（1）
  　　　　地球形成初期の集積エネルギー
  　　　　放射性元素の崩壊に伴うエネルギー
  　　・重力（0.1）
  　２）太陽光と地表温度：
  　　・太陽光
  　　・アルベド
  　　・大気（温室効果ガス）
  　３）太陽放射（主に可視光領域）と地球放射（赤外線領域）：　
  　４）エネルギー収支（熱収支）：
  　　・大気−海洋相互作用⇒大気の大循環＋海流（海洋の大循環）
  　　・熱としてエネルギー輸送（顕熱輸送）
  　　・水蒸気としてエネルギー輸送（水が蒸発するときのエネルギーが水蒸気に取り込まれるため、潜熱輸送）
  �A水循環：
  　１）水収支（海水−大気）：　
  �B物質循環：
  　３）生元素〔炭素（C）・窒素（N）・硫黄（S）・酸素（O）〕循環：　
• 配布プリント２枚�F。出席票。
  【１枚目】
  図4.1、図4.2、図4.4、図4.9、図4.10…『地球システム科学』（103,109,111,118,120p）
  図2-17、図2-18…『地球システム科学入門』（46,49p）
  【２枚目】
  図2-12、表2-1、表2-13、図2-13、図2-14、表2-14、図2-15、図2-16、表2-15…『地球システム科学入門』（38,39,40,41,42,43,44,45,47p）

補足説明

全 般	環境学関連は『地球環境学』の関連ページを参照。 地球科学用語は『地球科学用語集』のページを参照。 環境学用語は『地球環境関連用語集』のページを参照。 単位については『単位』のページを参照。

• 時間切れで説明していない内容。
  �A水循環：
  　２）海水と他のサブシステム間の相互作用：　　　
  �B物質循環：
  　１）多圏間相互作用：
  　２）地球化学的物質サイクル：

• 物質循環については『物質循環とは』のページを参照。
• エネルギー循環については『気候変動とは』のページを参照。

【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。

【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。

参考

【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）

【温室効果】

• 〔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〕

【地表でのエネルギー収支】

• 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】

• 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〕