授業の目的
- 海がどのようにしてできたかを説明する
- 海の意義を説明する
- 海水の組成を説明する。
- 水柱の部分と海洋の区分を定義する
海の形成方法
科学者たちは、海の形成方法について多くの仮説を立ててきました。 これらの仮説は時代とともに変化してきましたが、現在、地球科学者の間で広く支持されているのは、「火山噴出説」と呼ばれるものです。
水の生成と収集
46億年前に地球が誕生したとき、「青い惑星」とは呼ばれていませんでした。 海もなく、大気中の酸素もなく、生物もいませんでした。 しかし、激しい衝突や爆発、噴火はありました。 実は、初期の地球は溶けていました。 重力によって密度の高いものは地球の中心部に、密度の低いものは地表に溜まっていき、地球の中で元素が層状に分離していった。
温度が下がると表面が固まり、大気が形成されました。 火山の噴火によって地殻から水蒸気が放出されたり、地球に衝突した小惑星や彗星から水がもたらされたりしました（図14.1）。 約40億年前には、海が形成されるのに十分なほど気温が下がりました。
図14.1: 海がまだ形成されていなかった地球の初期段階では、火山活動が一般的でした。
現在の海の形成
ご存じのように、大陸は常に現在と同じ形や位置にあったわけではありません。 地殻プレートの移動により、大陸は地球上を移動してきました。 約2億5千万年前には、すべての大陸がパンゲアと呼ばれる一つの巨大な土地の塊として配置されていました（図14.2）。 これは、地球の水のほとんどがパンサラッサと呼ばれる巨大な海に集まっていたことを意味します。 しかし、約1億8千万年前になると、大陸移動によってパンゲアが分裂し始めました。
図14.2:
海の意義
地球の海は、私たちが知っているような世界を維持するために重要な役割を果たしています。 実際、地球上の気温をほぼ一定に保っているのは、海のおかげです。 あなたが住んでいるところは、冬になるとかなり寒くなるでしょう。 地球上には-70℃になる場所もあります。 また、55℃の場所もあります。 これは、125℃の範囲です。 しかし、水星の表面温度は-180℃〜430℃で、610℃もの幅があります。
図14.3:
地球上では、海は太陽からの熱エネルギーを吸収します。 そして、海流がそのエネルギーを温水の地域から冷水の地域へ、またはその逆へと移動させます。 海流は、水温を適度に保つだけでなく、空気の温度にも影響を与えます。 地球上の陸地の温度を調べてみると、大陸の中央部では極端な温度が発生しているのに対し、海の近くでは穏やかな温度になっていることがわかります。 これは、水が陸地よりも長く熱を保持するためです。 そのため、夏の気温はそれほど高くなく、冬の気温はそれほど低くありません。これは、水が熱したり冷やしたりするのに時間がかかるからです。
海には膨大な数の生物が生息しています。
海には、さまざまな種類の微細な生物、植物や藻類、ウミウシやクラゲなどの無脊椎動物、魚類、爬虫類、海洋哺乳類などが生息しています。 海に生息するさまざまな生物は、広大で複雑な食物網を形成しており、実は地球上のバイオマスの大半を占めています。 バイオマスとは、特定の地域に生息する生物の総重量のことです）私たちは、食料や海洋植物が作り出す酸素の供給源として、海に依存しています。
最後に、海は地球の水循環の出発点となっています。 大気中に蒸発した水のほとんどは、最初は海から来ます。 蒸発した水は、降水の形で陸地に降ります。 その結果、雪や氷、小川や池ができ、それがなければ人々はほとんど新鮮な水を得ることができません。
海の水の組成
水はしばしば「万能溶媒」と呼ばれていますが、これは多くのものが水に溶けるからです（図14.4）。 塩、糖、酸、塩基、その他の有機分子など、多くのものが水に溶解します。
図14.4: 海水は多くの物質で構成されています。 塩分としては、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなどがあります
海に溶けている物質の中で最も重要なのは塩分でしょう。 海水が塩辛いことは誰もが知っています。 その塩は、水の循環によって海にたどり着いた鉱床から来ています。 塩は、海水の質量の約3.5％を占めています。 海水の塩分濃度は、場所によって異なります。 河口のように海水が淡水と混ざる場所では、塩分濃度は低くなります。 しかし、蒸発が多く、水の循環が少ない場所では、塩分濃度が非常に高くなります。 例えば、死海の塩分濃度は30％で、海水の平均塩分濃度の約9倍にもなります。
海水には多くの物質が溶け込んでいるため、真水に比べて密度（体積あたりの質量）が大きくなります。 水の密度が高くなると、水は底に沈みます。 表層水は通常、密度が低く、塩分も少ない。 温度も密度に影響します。 温かい水は密度が低く、冷たい水は密度が高くなります。
水柱
1960年、2人の男性がトリエステ号という特殊な潜水艦に乗って、海の最深部の一つ（10,910メートル）に到達しました（図14.5）。 この海域は「チャレンジャー・ディープ」と呼ばれています。 一方、海の平均深度は3,790メートルで、海の生き物にとっても、人間にとっても驚異的な深さです。 では、なぜ海の底では生きにくいのでしょうか？ それは、光がないこと、温度が低いこと、気圧が高いことの3つが大きな要因です。
図14.5：1960年にトリエステ号がチャレンジャー海溝への記録的な潜水を行った。
図14.6: 海洋環境は、光や栄養素の利用可能性などの要因により、多くの地域に分けられます。
太陽光は、水深200メートル程度までしか透過しません。 光合成を行う生物は、太陽光に依存するため、水深200メートルまでしか生息できません。 このような光合成生物は、海洋食物網のほとんどすべてのエネルギーと栄養を供給している。
光合成をするのに十分な光がないのが、光合成帯の下にある無栄養帯です。 光帯の下は光合成に必要な光がない場所で、海の大部分を占めていますが、生物の数は少ないのです。 海底に降りていくと、水温が下がり、圧力が非常に高くなる。
海は、海岸からの水平方向の距離によっても分けられます。
また、海は海岸からの水平方向の距離によっても分けられ、最も海岸に近いのが潮間帯です。
海の中には、波があり、潮の流れが変わり、水の中が常に動いていて、水の中に大量の空気が含まれています。 潮間帯に生息する生物は、波や干潮時に空気に触れても大丈夫なように、強い付着物や硬い殻を持っています。 潮間帯と、海底が非常に緩やかに傾斜している部分である大陸棚を含む。 海水植物が多く生息しているのは、ネライト層の海底にはまだ日光が透過しているからである。 侵食帯の先には、さらに急な傾斜の海底があり、太陽光が届かない海洋帯があります。 サメや魚、クジラなどの動物が生息しています。 サメや魚、クジラなどの動物は、上層から沈んでくる物質を食べたり、お互いに食べ合ったりしています。
授業のまとめ
- 海はもともと、火山の噴出物によって放出された水蒸気が冷えて凝縮してできたものです。
- 海は地球の温度を調整するという非常に重要な役割を果たしています。
- 海には非常に多様な生物が生息しており、光合成生物である藻類も生息しています。
- 海水に溶けている主な元素は、塩素、ナトリウム、マグネシウム、硫酸塩、カルシウムです。
- 海の通常の塩分濃度は約3.5%または35 parts per 1000です。
- 死海のように蒸発の多い地域では、塩分濃度が例外的に高くなることがあります。
- 光帯とは、光合成に十分な光が存在する海の表層、約200mまでのことです。
- 光帯の下では、海の大部分が光合成に十分な光が存在しない無光帯になっています。
- 平均的な海底は約3,790mですが、10,910mの深さの海溝もあります。
- 海洋には、さまざまな生物学的要因の利用可能性によって決定される多くの生物学的ゾーンがあります。
- 内陸ゾーンは潮間帯を含む海岸近くの地域。
Review Questions
- 今日の大陸を形成するために分離された単一の大陸の名前は何でしたか？
- 地球の表面の何パーセントが水で覆われているのでしょうか？
- 海はどのようにして地球の温度を調節しているのでしょうか？
- 長い時間をかけて、地球の海はますます塩分を帯びてきました。
- 海水に溶けている最も一般的な物質は何ですか？
- 密度とは何ですか？
語彙
aphotic zone 水柱の中で200mより深いゾーンで、太陽の光が海のこの領域に届かない。 バイオマス ある地域の生物の総質量。 密度の単位は通常g⁄cm3またはg⁄mLである。 潮間帯 干潮から満潮までの間の、海岸に最も近い海の部分。 ナーライト帯 大陸棚が大陸の端から外側に向かって徐々に傾斜している海の部分。 太陽の光はこの海域を透過します。 海洋ゾーン 海底が深い外洋。 太陽の光が海底まで届かない場所。 パンゲア 約2億年前に地殻変動で分裂し、現在の地球上の大陸と海を形成した超大陸。 光層 水柱の最上部で、地表から水深200m程度までの領域。 塩分 水に溶けている塩の量を示す指標。