3_42 雪考3：海流

　雪についての考察の3回目です。前回は、大気の状態をみて、中緯度の日本では、ジェット気流の乱れと、季節ごとの天候の乱れに関係があることを示しました。今回は、海の影響を考えてみましょう。

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　海は太陽によって暖められます。しかし季節や緯度によって暖められる程度が変わり、温度差ができます。海水に温度差ができると、海水は均質になろうと移動します。海洋も大気と同じように移動や対流をするのです。
　大気の流れによる風によっても、海水は移動します。風は季節によって変化しますが、定常的な風が吹いています。風と海水自身の温度差によって、海流というものができます。大局的に見ますと、海流の方向と定常的な風の方向は、ほぼ一致しています。
　低緯度で暖められた海水は、高緯度に向かって流れます。暖流です。暖流が流れる沿岸は、同じ緯度の地域と比べて温暖な気候になります。さらに、暖流は大気も暖め、水蒸気が上昇気流で上がり、雲が発生しやすくなります。そのため、暖流が流れる沿岸は、温暖でなおかつ、雨量の多い湿潤な気候になります。日本の九州、四国、本州の太平洋沿岸は、暖流の流れによって、温暖で湿潤な気候になります。
　暖かい海水の流れができれば、海洋全体のバランスから、高緯度から低緯度へ向けて冷たい海水の流が生じます。これを寒流といいます。寒流の流れる沿岸は、同じ緯度の地域と比べて涼しくなります。寒流は、大気を冷やし、水蒸気の発生を抑えます。そのため乾燥した陸地が海岸付近にできます。
　熱帯地域でもこのような現象が起こり、ペルー海流という寒流によってチリのアタカマ砂漠がその好例です。
　海流は、200mから1000mほどの厚さで、200km程度の幅で流れていきます。そのスピードは毎秒数10cm程度ですが、黒潮のように速いものでは、秒速2mほどにもなります。
　海流は、大きく見ればほぼ一定の流れをつくっているのですが、詳細に見ると、大気の流れのように変動しています。黒潮は、日本列島の太平洋岸に沿って流れています。しかし、黒潮の流れが、大きく変動していことが知られています。和歌山の潮岬から、東海の遠州灘の沖合いでは、まっすぐ東に向かうときと、南に大きく張り出してめぐるときがあります。南に大きく張り出したときを、黒潮の大蛇行と呼んでいますが、この大蛇行は、いったん現れると数年間続くことがあります。
　太平洋のような大きな海では、多数の渦があることがわかってきました。それぞれの渦は、直径200kmぐらいの大きさがあります。これらの渦は中規模渦と呼ばれています。渦は、1000mほどの深層でも秒速数10cmほどの流れが観測されています。渦は、孤立して、暖かい海水（暖水塊）や冷たい海水（冷水塊）などが、数カ月から数年の期間できます。黒潮による冷水海は、2004年7月～2005年8月にわたってできていました。
　黒潮の大蛇行の有無のような変化は、海洋の熱の移動の変化となります。これは、熱の流れの変動として、大気への熱の流れの変動を起こし、最終的には気候に影響すると考えられています。
　これは黒潮に限ったことではありません。海流全体が同じような効果を及ぼすはずです。つまり、定常的な海流の流れの変動が、気候変動を導くことになりるのです。

・地球シミュレータ・
日本が世界に誇るスーパーコンピュータとして
地球シミュレータがあります。
現在ではそのスピードは第7位になっていますが、
2002年の運用時期には
それまでの最速を5倍も上回る性能を誇っていました。
しかし、地球シミュレータは世界最高速が目的ではありません。
地球シミュレータは、
海洋研究開発機構（旧　海洋科学技術センター）が開発した
国産のコンピュータ（NEC）を用いて、
地球のさまざまな現象をシミュレーションするための
専用コンピュータのことです。
上で述べた中規模渦にも地球シミュレータは使われました。
これまでのシミュレーションでは、
コンピュータの能力の限界によって、
中規模渦を再現ですることはできませんでした。
しかし、地球シミュレータを用いて、
現在では、中規模渦もシミュレーションできるようになりました。
例えば、
http://www2.es.jamstec.go.jp/fig_samp/ani_ssuv.gif
の50年間の海面流速分布図のアニメーションをみると、
黒潮の流れや中規模渦がよくみえますし、
海流の季節変化の詳細も見えます。
コンピュータによるシミュレーションを行えば、
非常にゆっくりとしか起こらない自然現象を
短時間で変化を見ることができます。
どこに変動の要因が潜んでいるかを探ることが出来ます。
地球シミュレータは長い時間かかって起こっている
自然現象の解明に有力な道具となっています。

・春の陽気・
ここ数日北海道は暖かい日が続きました。
朝夕は冷え込んでも、昼間は春のような陽気で
根雪がいっせいに融けはじめています。
春を思わせる陽気です。
しかし、まだ2月下旬です。
これからも雪は降るでしょう。
しかし、日に日に春めいてきます。
今年の冬は雪が特別多かったので、
一層、春が待ち遠しいです。

3_41 雪考2：風の乱れが天候を乱す

　雪について考えています。今回は、天候と風の関係をみていきましょう。底には熱の循環という原則がありました。

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　前回、地球は赤道付近が太陽に近く真上から当たるので暖かく、南極や北極は太陽から遠く太陽が斜めから当たるので寒いということを説明しました。そのような地球と太陽の関係から、赤道付近で暖められた大気が軽くなり上昇し、極付近で冷やされて降下するという大きな大気の対流が起こると考えられます。
　ところが地球は自転をしていますので、風は乱れます。ただし、でたらめに乱れるのではなく、ある定常的な乱れとなります。まあ乱れというより、規則的な風が吹くといったほうがいいでしょう。ただし、大気の乱れが風ですから、少しのことで乱れます。その乱れが地表の環境を大きく左右しています。
　自転によって、大気は東西の方向に流されます。その大気の動きは、季節によって少しは変化しますが、規則的で、ほぼいつも同じような風が吹くようになります。
　赤道付近から緯度30度あたりまでは、貿易風とよばれる風があります。貿易風は北東から南西に吹きます。断面でみると、赤道付近で上昇流があり、緯度30度付近で下降流があり、赤道に戻るという対流になっています。このような対流を、ハドレー循環と呼んでいます。
　高緯度地域では、極地の冷たい空気が低緯度に移動し、緯度60度付近で暖まり、上昇流となり戻ります。これは、極循環と呼ばれるもので、高緯度から低緯度に向かって北東から南西に極偏東風が吹きます。
　ハドレー循環の緯度30度付近の下降流と極循環の緯度60度あたりの上昇流の間の中緯度でも風が吹きます。この風は南西から北東に吹き、偏西風と呼ばれます。ただし、偏西風は少し変わった風となります。
　偏西風は南北で循環をせず、東西の流れの風となっています。水平方向の流れが強い風となっています。偏西風は高度12km付近で特に強くなるところがあります。西から東に秒速100mにも達っするため、このような強い風はジェット気流と呼ばれています。ジェット気流は、緯度60度と30度付近の2ヶ所で見られ、それぞれ寒帯前線ジェット気流、亜熱帯ジェット気流と名づけられています。
　ジェット気流は、偏西風波動という蛇行しています。特に高緯度にある寒帯前線ジェット気流の蛇行が激しくなっています。偏西風は東西方向の風なのですが、蛇行があるため、低緯度の熱を高緯度に効率的に運んでいきます。このような熱循環をロスビー循環といいます。
　ジェット気流の波動が、地球を取り巻まいています。その波動のサイズは、季節によって違っています。春と秋には、6つから8つの山や谷をもっています。夏と冬には、2つか3つの波動になります。この波動が東に進んでいきます。春や秋の天気は、この波動に伴って、1週間ほどで低気圧や高気圧が移動していきます。夏や冬は波動が少なく移動速度が遅く、冬型や夏型の気圧配置がしばらく続きます。
　日本は2つのジェット気流の間にあります。2つのジェット気流は、季節によって蛇行の位置や強さが変化しますので、日本の天気は、その変化の影響を受けやすくなります。どうもこのジェット気流の蛇行の乱れが、豪雪の原因のひとつと考えられます。
　地球の半球では、3つの大きな対流によって定常的な風が生まれています。ただし、真ん中の偏西風は乱れやすく、その影響は異常気象などとして現れます。しかし、このような大気の運動によって、大気はかき混ぜられ、温度の均質化がおこります。
　風による大気の運動は、赤道付近を冷まし、極付近を暖めるのです。赤道と両極の温度の差は、大きく思えますが、これでも地表の付近の温度の均質化がおこなわれた結果なのです。もしこのような風がなければ、もっと大きな温度の差となっているはずです。地球は風によって、穏やかに保たれているのです。

・季節の移い・
天気の移り変わりは、1日として同じ日がありません。
季節の移り変わりは、1年として同じ年がありません。
しかし、ある時期になると、
似た季節が訪れ、似た天気になり、似た気象現象が起こります。
そのような繰り返しの原因は、解明されています。
しかし、日々の天気の違い、1年ごとの季節の特徴は、
予測することが、なかなか困難です。
こんなに繰り返しが続いているのに、
その一つ一つを細かく解明しようとすると
混沌へと入り込んでいきます。
科学は進んでいるのに、季節は巡っているのに、
不思議といえば不思議ですね。

・三寒四温・
北海道にも三寒四温の季節がやってきました。
ここ数日暖かい日が訪れています。
雪が一気に融け始めてます。
しかし、まだ2月です。
これからの雪が降り、寒い日も来ることでしょう。
大学は後期の授業も終わり、入試も終わり、
後期の成績提出も終わり、卒論発表も終わりました。
これからは、集計の終わった成績のチェック、
入試の合否判定、卒業認定などの会議が次々とありますが、
やっと大学の一年の締めくくりという季節になりました。
そんな時期に、三寒四温が重なると、季節の移ろいを感じます。

3_40 雪考1：冬は暖かい？

　今年の冬は各地で豪雪が伝えられています。そんな冬につきものの雪について考えてきましょう。まずは、冬の寒さについてです。

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　地球の自転軸は、太陽をめぐる運動（公転）の方向に対して、少し（23°）傾いています。ですから、太陽をめぐっている時の位置によって、自転軸の方向が違っています。
　北半球で考えると、自転軸が太陽から一番離れた位置に来ると、太陽からの距離が遠くなります。また地球が丸いため、太陽からの光の角度も、実際の傾度よりも傾斜したものになります。同じ面積で考えると、降る注ぐ太陽のエネルギーの量が減っていきます。そうなると、北半球は寒くなります。これが冬の状態です。もちろん夏には、反対の状態になり、暑くなります。
　地球の表面は、太陽からのエネルギーによって暖められています。実はこの太陽の当たり方だけで考えると、北半球の冬は、今以上に寒くなります。
　ところが、実際には計算されるより、極地は寒くありません。赤道付近も暑くありません。その理由は、地球の表面には大気と海洋、大陸があり、地球自身が自転していることが、地球の表面温度に大きな影響を与えているからでです。太陽から地球に届いたエネルギーは、地球表層でさまざまな働きをして、地球表層の環境に影響を与えているのです。
　太陽から届いたエネルギーの約30％は、雲や地表で反射して、何の作用もすることなく宇宙空間に放出されます。太陽から届くエネルギーの約20％が大気を暖め、約50％が地表を暖めます。暖め終わったエネルギーは最終的に赤外線となって宇宙空間に放出されます。つまり、大気への20％と地表への50％の、合わせて70％が、地球表層を暖めるエネルギーとなっています。
　ただし、暖め終わって放出されるはずの赤外線は、大気に吸収されやすく、大気を暖めるのに再度使われます。水蒸気や二酸化炭素は、特に赤外線をよく吸収し、温室効果と呼ばれる作用を起こします。このような成分の増減によって、地表の温度が変化していきます。これが地球温暖化という問題を起こしているのです。
　先ほど述べましたように、地球は太陽に対して傾き、なおかつ球ですので、太陽の当たり方にムラが起こります。赤道付近は、平均より多くのエネルギーが届き、大気が暖められます。一方、極付近は、あまり暖められません。極付近の冬には、太陽が一日当たらないところもでてきます。
　先ほどの太陽のエネルギーの配分を考えると、赤道付近で暖められた大気が上昇し、極付近で冷やされて降下するという地球の半分を覆う大きな対流をするはずです。ところが地球は自転をしていますので、そう単純ではありません。風については次回にしましょう。

・豪雪・
今年は本当に豪雪です。
私がこちらに来て以来の豪雪です。
昨年も多かったですが、その比ではありません。
先日の新聞報道によると
気象庁では「豪雪」の命名を検討しているようです。
ところが、豪雨には基準があるのですが、
豪雪には基準がないそうです。
過去に命名されたのは昭和38年の「38豪雪」しかありません。
気象庁が災害に命名するのは、
「大規模な災害における経験や貴重な教訓を後世代に伝承する」ため
だそうです。
気象庁の雪の記録を見ると、
全国の21地点以上で観測史上最高の積雪記録を観測しているようです。
被害も広い範囲に及んでいます。
我が家でも、車庫のシャッターが落雪で壊れ、
再度の被害を防ぐために、雪庇を落とすことを業者に頼みました。
なかなかの出費でした。
でも、まだ2月ですから、これらかも雪が降るはずです。
これ以上の被害が出ないことを祈っています。

・風邪・
またまた風邪をひいてしまいました。
今度は長男と同時にひいてしまいました。
昨年暮れには、家内と次男が1ヵ月ほど風邪で体調不良でした。
1月から2月にかけては、長男と私です。
どうも今年は、我が家では、雪だけでなく風邪も当たり年のようです。
幸いインフルエンザでないのが救いです。
家族全員で予防接種をしているので、
それほどひどくはならないと思いますが、
用心するに越したことがありませんね。

1_56 新生代5：人類の進化の原因（2006.02.02）

　地質時代シリーズもとうとう最後となりました。前回は人類の登場についてみましたが、今回は、人類の進化の要因についてみていきましょう。

　現在生きている人類が、生物学的にみて同じものであるといえる直接の祖先は、新人と呼ばれるものです。新人とはホモ・サピエンス・サピエンスと呼ばれていて、中期更新世の終り（200万年前）から後期更新世の半ば（100万年前）にかけて、誕生しました。これは第四紀と呼ばれている時代でもあります。
　それ以前の人類も、石器を使っていましたが、新人になると同じ石器でも、より高度の細工が施されたものとなりました。
　石器のような道具は、人類だけが使ったものではなく、現在でもチンパンジーが道具として石や枝などを使うことが知られています。ですから、道具が人類固有の特徴といえません。脳の大きさも、旧人と新人ではそれほど差がありません。つまり、生物学的にはほとんど進化することなく、今の私たちの直接の祖先が誕生しました。それは、約3万年前のことです
　では、その原因はなんだったのでしょうか。第四紀とは、寒さの繰り返し起こった氷河期の時代ともいえます。そして、3万年前とは、ちょうど最後の氷期であるウルム氷期が終わる頃です。それまで、氷期は繰り返し訪れていました。約60万年前のドナウI氷期から、ドナウII、ギュンツ、ミンデル、リス、そしてウルム氷期の6回ほどの氷期を、地球は経験しています。約10万年サイクルで、地球には過酷な環境が訪れました。
　氷期と氷期の間には間氷期と呼ばれる暖かい時期があります。しかし、間氷期は1、2万年ほどしか続かず、寒い時期のほうが多い時代でした。氷期になると、現在の地表の平均気温と比べて、8℃ほどの低くなっています。一番暖かかった約6000年前（縄文時代）と比べると、10℃ほど低くなったと考えられています。
　氷期は生物にとって過酷な試練を与えました。大陸の北の方は氷で覆われ、低緯度でも寒い冬が来ることになります。氷期の試練を乗り切るためには、寒さ対策、食料確保などをしなければなりません。それができないものは、衰退あるいは絶滅していくしかありません。
　氷期には動植物が減り、狩猟採集生活をしていた人類にも過酷な時代となります。人類は氷期という試練を、生物学的な進化に頼らず、知能を発達させることで乗り切りました。そして、暖かい間氷期が訪れると、食料が豊富になり、生活に余裕がでてきた人類は、知能を、文明というものを作り上げていくために使いました。それが現在の人類の文明とつながっています。
　文明を作り上げた時点で、人類は他の生物と一線を画することになりました。それは、人類が自分が食べる以上、必要以上のものを他人のために取り、作り、その見返りとして、欲しいものを手に入れるようになりました。見返りがやがて金や権力、快楽となっていきました。このような行為は、他の生物には決して見られないものです。この行為こそが、人類を他の生物の別の道を歩ませる原因ではないでしょうか。
　その道を私たちは、未だに突き進んでいます。そのスピードは、時間と共に加速されています。地球は生物と共に表層を変化しながら歩んできました。しかし、地球は人類といういまだ経験したことのない生物の影響を受けています。人類が与える変化に対して、地球はどう反応するでしょうか。その反応について知るほどには、私たちの知能は発達していません。知るためにどれくらいの時間が必要でしょうか。それは地球が反応するまでに間に合うのでしょうか。


・ミランコビッチサイクル・
周期的な氷期の繰り返しの原因は、
大陸の配置とミランコビッチサイクルの
組み合わせであろうとされています。
大陸配置では、極地に大陸があるかどうかが重要です。
あるとすると、どれほどの量あるかが問題です。
もしなんらかの原因で、
大陸の氷がなるの間に今までになく融けなくなると、
氷が長期に渡って、大量に集ってききます。
氷がたくさん大陸にできると、
太陽の光を反射し、地表を暖めることなく
太陽エネルギーを地球外に放出します。
すると、さらに寒くなって、降る雪の量が増え、
大陸の氷の量が増えます。
この相乗効果によって、地球の寒冷化が、進行するということです。
最初の原因がミランコビッチサイクルとなりえます。
氷床コアの分析から得られる40万年のデータが、
大気組成や気温を求めるデータが記録されています。
そこから得られたデータがミランコビッチ周期とよく合っているため
天体の軌道要素が氷期の周期の原因とされています。
氷期の10万年周期が、地球軌道要素の
離心率と軌道傾斜角の変化に一致しているのですが、
その詳細がまだはっきりしていません。
それが現在の議論となっています。

・大学では・
大学はいよいよ定期試験へと入りました。
その採点期間が1週間ほどしかありません。
今年度から後期が従来の9月中旬ではなく、10月から始まりました、
その結果、2月の予定がきつくなってしまったのです。
しかも、その採点期間の最中に
大学の一般入試、および採点もあります。
教員にとっては、非常に過酷な時期です。
でも、これも仕事ですから、乗り切るしかないのです。
この2週間は、これらにかかりきりになります。