2008年07月19日
水の特徴、物性を探る。その６ 地球の温度を安定化させている水の役割とは？
みなさん、こんにちは！。
egisi 
です。
今回は、この自然の摂理ブログでも何度も追求されている地球と水 
の重要な関係について、その物性に注目してご紹介したいと思います。
ハイ、ここでクイズです！。
水星(330)、金星(200)、地球(15)、火星(－50)、木星(－130)、土星(－150)、海王星(－200)
これらの数字は何を表しているのでしょうか？。
【画像はhttp://it1127.cocolog-nifty.com/it1127/2006/08/post_ee5a.htmlさんのサイトより。】
『答え 』⇒各惑星の『平均気温』を表しているのです！。
現在の地球の平均気温は15℃です。基本的には各惑星の平均気温は太陽からの距離で決まっています。ところで太陽から同じ距離にある月は、昼は110℃、夜は-180℃の大きな寒暖の差がありますが、地球はそうなってませんね。
そこには、地球の大気中の『水(＝水蒸気)』が温度の安定に、大きく貢献しているからなのです。
では、本題に行く前に、いつものポチッとお願いします 
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■地球の熱収支について
暗黒の宇宙の中で、地球が太陽 
から受け取る放射エネルギーは、毎秒180兆KWにもなります。(例えるならば、日本にある大きな原子力発電所の設備容量が約100万KWなので、太陽からのエネルギーは、原発1.8億基分に相当します！。)
もちろん、この大きなエネルギーがそのまま使用できるものではありませんが、このような膨大なエネルギーを受けていながらも、地球がどんどん暑くならずほぼ一定しているのはなぜでしょうか？。
ここでまず、地球の熱収支をまとめてくれている図を紹介します。
【画像はhttp://www.sukawa.jp/kankyou/site3n.htmlさんのサイトより。】
この図はまず、太陽からの地球の球面が受け取る平均的な熱量を100とした時の熱収支を示しています。
①:入射量100のうち、30はそのまま宇宙空間に反射します。
②:残りの70の内、23が大気に吸収されます。47が地表に達し、地表を暖めます。
③:熱を貯えた大気システムから、96が地表に放出されます。これが大気の『温室効果』というものです。
④:直接地表に到達する47の太陽光と、96の大気温室効果の合計143を、地表は受け取ることになります。
しかしこのエネルギー量だと、実際地表の温度は31℃となってしまいます。
実際には、地球全体の平均気温は15℃程度であり、地表からの熱放射113を発しているからです。この差30が地球の大気･水循環システムです。
30の内、24は地表からの水の蒸発エネルギーとして大気システムに渡されます。
⑤基本的には100入ってきて、100出て行きます。
地表温度を15℃に保っている大気と地表との熱のやり取りが重要ですね。
■大気中での水の重要な役割について
地球の大気組成は、窒素(78.08%)、酸素(20.45%)、アルゴン(0.93%)、二酸化炭素(0.035%)、その他(0.01%)となっています。
その中でもその他に含まれる大気中の水蒸気の割合は、0.01%以下と極めて少ないのですが地球の気温には重要な役割を果たしているのです。大気組成のうち、窒素、酸素は熱収支の役目を殆ど持っていませんが、水蒸気は前項でも紹介しましたが、地球が放射する赤外線の一部を蓄え、地表に戻す働きを持っています。
これが地球に対する温室のような働きなので『温室効果』と呼ばれていますが、それではなぜ、水蒸気がそのような効果を持っているのでしょうか？。
それは水蒸気による放射の吸収効率が、他の気体に比べて、紫外域、赤外域ではほぼ100%の効率で吸収されからなのです！。 (下図参照)。
水蒸気が、地表と大気の熱収支の主役なんですね！。
(現在の気候を維持している温室効果への寄与度を気体別に見ると、水（水蒸気・雲）が90％以上という結果なのです。)
【画像はhttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%A9%E5%AE%A4%E5%8A%B9%E6%9E%9Cさんのサイトより。】
■大気･水の循環が地球の安定を育んでいる
地球上の水は、太陽の熱で蒸発し、上空で雲 
となり、更には雪 
や雨 
となって再び地上に降りてきます。地球誕生以来、液体･気体である水蒸気･雲、固体の雪や氷と状態変化しながら地球上を大循環している水
のおかげで、安定した温度帯の中で私達は生きていけるのです 
！。
次回はこの地球上の水
の成り立ちについて見てみましょう! 
。
- by egisi
- at 15:00
comments
太陽との位置が絶妙で、その上大気と水があって初めてこの環境なわけですね。絶妙。
地球上の生命の源泉が水だというのはよく知られています。表面の水によって気温が安定するという構造も大きな要素ですね。
さてどうして地球にだけ水が大量に存在するのでしょうか?
不思議です。
最近ではかぐやからの地球の映像が記憶に新しいところですが、地球の青さ・美しさ・環境の素晴らしさは多分に水のおかげであるとも感じます。
気温の安定にも大気・水の循環が大きく寄与していることを再認識しました。
地球環境は「奇跡のような確率で成り立っている」とよく言われますが、正にその通りですね。次回も楽しみです。
hihiさんコメントありがとうございます。
改めて、地球は水の惑星ですね。水の不思議にこれからも迫る予定なので、応援よろしくお願いします！。
finalcutさん、こんにちわ！。
地球誕生、水の誕生の成り立ちは、今後ご紹介させてもらう予定です。お楽しみにー！。
waterboyさんこんにちわ！。
地球が美しいと感じ取れるは、刻々と移り変わる青さと大気のタペストリーに、生命を感じ取ることが出来るからかもしれません。水＝生命と本能に刻まれているからでしょうね。
次回も応援よろしく、お願いします！。
mameさん、応援ありがとうございます！。
僕も、本当に奇跡だと思います(笑)。
次回はさらその奇跡、地球と水の関係に迫りますので、お楽しみに！。
>地球大気は熱を吸収してこれを再放出します。このうち96が再び地表に吸収されます。これが地球大気の『温室効果』と呼ばれるものです。
すると、どうしたら上昇気流は発生するのでしょうか。
それに夜明け前の地表面のＣＯ2濃度が高くなっていて、日が射して気温が上昇するに従ってＣＯ2濃度が低くなるのは、ＣＯ2が地表放射の赤外線を吸収して軽くなり、上空へと拡散するからです。
そして、水蒸気がなぜ温室効果ガスと呼ばれるかというと、赤外線を吸収したら保持する性質が高いからだと思います。
だから、上昇気流の湿度は高いのです。
逆に二酸化炭素も温室効果ガスに分類されていますが、こちらは周囲の熱を奪って保持する性質が高いからであり、だから工業分野で「冷媒」として広く使われているのです。
実験室で調べれば判明すると思いますが、水蒸気が赤外線を吸収した後は、再放射することによる熱エネルギーの放出は、殆ど無いのだと思います。
大気中に０．０１％しかない水蒸気が、こんなに重要な役割を果たしていることに衝撃でした！大気ではこんなにも絶妙なバランスで熱収支がおこなわれているんですね。熱収支の図も分かりやすくて、矢印を指でたどりながら読みました☆
なぜ水が生まれたのか？も知りたいので、今後もシリーズ楽しみにしています。
乾燥した砂漠の気候が厳しいのも、気温が高めの季節の雨の日は暖かく、気温が低い季節の雨の日が寒いのも、みんな水蒸気のせいなのね。
分かりやすい「水の原理」、これからの期待しているわ。
saasaさん、こんにちわ☆！。
コメントありがとうございます。
水の特徴シリーズも佳境を迎えてきました。次回からも、今までの水の特徴を踏まえて、地球の歴史⇒水の誕生について追求していくので、応援よろしくお願いします！。
mamayoさん、コメントありがとうございます。
天気、季節と水の関係は、非常に密接ですよね。地球上にこれだけ多種多様な地域･生物が存在しているのも、この水のおかげですね。
水の物性にまつわる気付きを、これからも発信していくんでよろしくお願いします！。
スパイラルドラゴンさんへ
教えてくださいo（>
＞逆に二酸化炭素も温室効果ガスに分類されていますが、こちらは周囲の熱を奪って保持する性質が高いからであり、だから工業分野で「冷媒」として広く使われているのです。
よく分からなくなってしまいました･･･
素人目で見ると、周囲の熱を奪うってことは、温まった空気中の熱も奪ってくれて、気温は下がるってこと??と思えてしまって･･･そうなると、温室効果ガスとしてどうやって機能しているのでしょう??