海に入って水が口へ入ると、かなりはっきり「しょっぱい」と分かります。ところが、その海へ流れ込んでいる川の水はふつう塩辛くありません。川と海はつながっているのに、なぜこんな差が生まれるのでしょう。
答えの中心は、岩石から溶け出した成分が川などを通って海へ運ばれ、水は蒸発して空へ戻っても、多くの塩類は海に残るからです。ただ、これだけでは説明が足りません。海底では海水と岩石が成分を交換していますし、海に入った塩類がずっと一方的にたまり続けるわけでもありません。
今回は「海がしょっぱいのは塩が入っているから」という一歩手前で止まらず、その塩がどこから来て、なぜ川では目立たず、なぜ現在の海が無限に塩辛くなっていないのかまで順番に追ってみます。
PR・広告
自然か、宇宙か、神秘か。目を疑う3つの珍品
岩から生える金属の立方体、宇宙から届いた石鉄隕石、
そして迫力あるマハーカーラ像。
写真だけでも思わず見入る、不思議な3品を集めました。
岩から金属の立方体！？
 |
キュービックパイライト母岩付き 原石 約92g パイライト スペイン 天然石 パワーストーン 風水 レアストーン 価格:10505円 |
宇宙から来た36万円の隕石！？
 |
1点物 隕石 セリコパラサイト サイズ-90mm×50mm×2.6mm 重さ-29.84g Pallasite Sericho メテライト パワーストーン 価格:363000円 |
これが大黒天！？異形の神像
 |
価格:528000円 |
海の水がしょっぱい理由を先に一言でいうと
海水の塩分の大きな供給源は、陸上の岩石です。雨や地下水が岩石と触れると、その中の成分の一部がイオンとして水に溶けます。それが小川や川へ入り、最後には海へ運ばれます。
「イオン」という言葉が出ると少し難しく見えますが、ここでは水に溶けたナトリウムやカルシウム、塩化物などの電気を帯びた粒子、と考えるくらいで十分です。海水の「塩分」は、家庭の食塩だけではなく、こうしたさまざまな溶存成分をまとめて見たものです。
NOAA Ocean Serviceは、海の塩類の主な供給源として「陸からの流出」と「海底の開口部」を挙げています。陸では雨水が岩石を風化させ、海底では熱水活動や火山活動を通じて海水と岩石の間で成分がやり取りされます。
そして海では、水が太陽のエネルギーで蒸発して大気へ戻ります。このとき、水分子は空へ出ていきますが、溶けていた多くの塩類はそのまま海に残ります。長い時間をかけて見ると、「成分は海へ入り、水は空へ戻る」という偏りが生まれるわけです。
ただし、海を巨大な容器に見立てて「川が何億年も塩を入れ続けたから完成した」と考えると少し雑になります。塩類には海から出ていく経路もあります。この話は後で戻ります。
雨が岩を少しずつ溶かし、川が海へ運んでいる
塩の旅をたどるなら、出発点は海ではなく陸です。
雨水は完全に何も入っていない純水ではありません。空気中の二酸化炭素の一部が水に溶けることで、雨水はわずかに酸性になります。この水が地面や岩石の上を流れたり、地下へしみ込んだりすると、岩石を物理的に削るだけでなく、化学反応によって成分の一部を少しずつ溶かしていきます。
USGS（米国地質調査所）は、この過程を、雨水が岩石を風化させ、溶け出した塩類や鉱物をイオンの状態で川へ運ぶ流れとして説明しています。私たちの目には透明な川でも、水の中には岩石由来のさまざまな成分が溶けています。
山の中に「海水と同じ塩水」が隠れていて、それがそのまま流れ出しているわけではありません。岩石をつくる鉱物が水や二酸化炭素と反応し、その結果としてナトリウム、カルシウム、カリウムなどのイオンが水へ移ります。塩化物イオンにも陸上や海底など複数の供給経路があります。
川はそれらを集めながら下流へ流れ、最終的に海へ注ぎます。一つの川だけを見ればごく薄い量でも、地球上の多くの川が非常に長い時間にわたって海へ成分を運び続けます。海のしょっぱさは、派手な一回の出来事ではなく、小さな化学反応が途方もない回数積み重なった結果として見るほうが実態に近いです。
川も塩を運ぶのに、なぜ川の水はしょっぱくないのか
ここで素朴な疑問が出てきます。川が塩類を海へ運んでいるなら、その川だってしょっぱくなりそうですよね。
実際には、川の水にも溶けた塩類や鉱物は含まれています。それでも海水ほど塩辛く感じないのは、濃度がずっと低いからです。
川は雨や雪解け水、地下水などから新しい水を受け取りながら流れています。岩石から少量の成分を受け取っても、それを下流へ運び続けるため、同じ場所に長く濃縮してため込む仕組みにはなりにくい。言い換えると、川は「塩を作る場所」というより、陸から海へ溶存成分を運ぶ通り道です。
NOAAの「なぜ海はしょっぱいのに、流れ込む川はしょっぱくないのか」でも、川や小川が溶存塩類を海へ運んでいる一方、雨による淡水の補給によって川そのものは海のような塩分濃度にならないと説明されています。
海との違いは、受け取った成分がその後どうなるかです。川の水は海へ流れ去りますが、海へ入った水の一部は蒸発して大気へ戻ります。そのとき塩類の多くは一緒には飛んでいきません。この差が、海と川の塩分濃度を大きく分けます。
川にも塩類は含まれていますが、海ほど濃くなく、それを長くため込むより海へ運び続ける側です。この違いが、川と海のしょっぱさの差につながっています。
海では水だけが空へ戻り、塩類は多くが残る
水の循環を考えると、海の役割が見えてきます。
海の表面からは常に水が蒸発しています。水蒸気は雲になり、雨や雪として再び陸や海へ戻ります。ところが、海水に溶けているナトリウムや塩化物などの多くは、通常の蒸発で水蒸気と一緒に大量に空へ出ていくわけではありません。
そのため、蒸発が起こると残った海水の塩分濃度は上がる方向に働きます。反対に、雨が多く降ったり、大きな川から淡水が流れ込んだり、氷が解けたりすると、表面付近の海水は薄められて塩分が下がります。
この「水は出入りするが、塩類は同じようには動かない」という差が重要です。海の平均的な塩分は、NOAAによると約35‰。重さで考えると、およそ3.5％が溶けた塩類に相当します。
ただし、35‰を「どこの海でも必ず同じ」と覚えるのは正確ではありません。蒸発が強い海域、雨が多い海域、大河川の河口、氷ができたり解けたりする高緯度では、塩分は変わります。海水は世界中でつながっていますが、表面で起きている水の出入りは場所ごとに違うからです。
ここまでなら「川が運び、水だけ蒸発する」という有名な説明でかなり納得できます。ただ、調べていて僕が引っかかったのは、海底の存在でした。塩の出入りは陸側だけで完結していません。
塩は陸からだけではない――海底でも水と岩が成分を交換する
海底には、海水が地殻の割れ目へ入り込み、熱せられて再び海へ戻る場所があります。いわゆる熱水噴出孔の周辺です。
海水が海洋地殻の岩石の中へ入り、マグマの熱などで高温になると、岩石との間でさまざまな化学反応が起こります。その過程で海水はある成分を岩石から受け取り、逆に別の成分を失うこともあります。
NOAAは、熱水活動によって海水が鉄、亜鉛、銅などの成分を岩石から取り込み、海へ戻す過程を紹介しています。またUSGSは、海水と玄武岩の反応は一方向ではなく、海水中の一部の溶存成分が岩石側へ取り込まれることも説明しています。
「海底火山が塩をどんどん追加している」とだけ考えると、この部分は少しずれます。海底は供給源であると同時に成分交換の場でもあり、ある成分が海水へ入る一方で、別の成分は岩石側へ移ります。
海の塩分を考えるとき、陸から川で運ばれる成分が大きな柱なのは変わりません。それでも、海水の組成は陸上の風化だけで決まっているわけではなく、海底の岩石との反応も長期的な化学循環の一部です。
僕には、ここまで追うと「海は陸から運ばれた塩の終着点」という見え方が少し変わります。終着点というより、海そのものも地球内部との化学交換に参加している途中の場所です。
海水は「巨大な食塩水」ではない
海がしょっぱいと聞くと、家庭の食塩である塩化ナトリウムを思い浮かべます。実際、海水ではナトリウムイオンと塩化物イオンが非常に大きな割合を占めています。
ただし、海水に溶けているのはそれだけではありません。NOAAは、ナトリウムと塩化物が主要な溶存イオンであり、ほかにもマグネシウムや硫酸イオンなどが重要な割合を占めると説明しています。カルシウムやカリウムなども含まれます。
なので、「海水＝水に食塩を溶かしたもの」と考えると少し違います。台所で作る食塩水よりずっと複雑な成分を持っています。
もう一つ見落としやすいのが、「川が運んでくる成分の割合」と「海の中に残っている成分の割合」は同じではない、という点です。川が岩石から運ぶイオンの中には、海へ入ったあと生物に使われたり、別の鉱物になって沈んだりしやすいものがあります。逆に、海水中で比較的取り除かれにくい成分は長く残りやすくなります。
NOAAも、陸から運ばれた溶存イオンのうち、海の生物に利用されて水中から取り除かれるものがある一方、取り除かれにくいものは濃度が高まると説明しています。つまり海水の成分表は、「陸から何が入ったか」だけではなく、「入ったあと何が残りやすかったか」まで含んだ結果です。
この視点を入れると、ナトリウムと塩化物が海水の主成分なのも、単に陸からその二つだけが大量に流れ込んだから、と考えなくてよくなります。海の化学組成は、供給と除去の両方で形づくられています。
また、海水の主要な塩類の比率は、外洋ではかなり一定に保たれることが知られています。NOAAが紹介するForchhammer’s Principle（一定比率の原理）は、19世紀の海水分析から見いだされた考えで、場所によって全体の塩分濃度が変わっても、主要な塩類どうしの比率はおおむね一定だというものです。
これは少し面白いところです。海域によって「しょっぱさ」は変わるのに、主要成分の配合まで毎回ばらばらになるわけではありません。塩分の違いは、塩の種類がごっそり入れ替わるというより、蒸発や降水などによって海水が濃くなったり薄まったりする影響が大きいと考えると分かりやすいです。
もちろん、河口や極端な環境などでは局所的な化学変化もあります。一定比率の原理を「地球上のあらゆる塩水で成分比が完全に同じ」とまで広げる必要はありません。
では海は今もどんどん塩辛くなっているのか
ここまでの説明だけだと、もう一つ疑問が残ります。
川は今も岩石から成分を受け取り、海へ運んでいます。水は蒸発して塩類を残します。それなら、海は毎年少しずつ塩辛くなり、遠い未来にはものすごい濃度になるのでしょうか。
現在の海では、その流入と同時に、成分が海水から抜けていく経路も働いています。
海へ入った成分の一部は、生物に利用されます。たとえばカルシウムや炭酸系の成分は、貝殻やサンゴなどの硬い構造をつくる過程に関わり、その後は海底の堆積物へ移ることがあります。ほかの成分も鉱物として沈殿したり、粒子へ吸着したり、海底の岩石との反応で海水から取り除かれたりします。
NOAAは、現在の海について、河川などから入る塩類と海底へ除去される量が大まかには釣り合っていると説明しています。USGSも、海水と海洋地殻の反応によって一部の溶存塩類が海水から除去されることを示しています。
ここで「全部の塩が同じ速さで出入りしている」と思わないほうがいいでしょう。海水中の元素やイオンは、それぞれ反応のしやすさが違います。ある成分は長く海に残りやすく、別の成分は比較的早く生物や鉱物へ取り込まれます。
熱水活動もこの「出入りが成分ごとに違う」ことを分かりやすく見せます。NOAAの解説では、海水が海底の割れ目へ入り高温の岩石と反応すると、マグネシウムや硫酸塩などを失う一方、鉄や亜鉛、銅などを受け取る傾向が示されています。一つの場所でさえ、海水は単純に成分を足されるだけではありません。
さらに、生物も海水の化学に参加しています。海中の生物が溶存成分を体や殻へ取り込み、その一部が死後に海底へ運ばれれば、水中から見れば除去になります。海底では堆積物が埋没したり、鉱物ができたり、地殻との反応が起きたりします。こうした経路を全部ひとまとめに「塩が消える」と言うのは雑ですが、海が同じ容器へ塩を加え続けるだけの系ではないことは分かります。入ってくる経路と出ていく経路が同時にあり、その長期的なバランスの中で現在の海水組成が成り立っています。
「昔から塩がたまった」という説明は入口としては使えますが、現在の海を理解するなら、「今も入っているし、今も出ている」までセットで考えるほうが正確です。
海によってしょっぱさが違うのはなぜか
最後に、平均約35‰という数字について少し整理しておきます。
海水の塩分は場所によって変わります。蒸発が強く、雨や河川から入る淡水が少ない場所では、残った海水が濃くなって塩分が高くなります。逆に、雨が多い場所、大きな川の河口付近、氷が解けて淡水が増える場所では塩分が下がります。
NOAAは、海の塩分が温度、蒸発、降水などの影響で変化し、平均的には約35‰であると説明しています。赤道付近は雨が多いため表面塩分が低くなりやすく、中緯度の乾燥した地域では蒸発が強いため高くなりやすい、という全球的な傾向もあります。
沿岸ではさらに川の影響が大きくなります。大きな川が海へ流れ込む場所では、淡水が海水を薄めるため、沖合より塩分が低くなります。逆に、外との水の交換が少なく、強い蒸発が続く海域では、一般的な外洋より塩分が高くなることがあります。
「海がしょっぱい理由」と「どの海がどれくらいしょっぱいか」は、少し別の問題です。前者は岩石の風化、河川輸送、海底での成分交換、水循環という長期的な仕組みで決まり、後者には、その上でいまその場所に水がどれだけ入り、どれだけ出ているかが重なります。
この違いが分かると、「海水はだいたい3.5％の塩」という数字も、固定レシピではなく平均値として見られるようになります。
海のしょっぱさを調べていると、昔どこかで塩が一度たまって終わった話というより、今も陸・海底・大気の間で水と成分が動き続けている話だと分かります。僕はそのほうが、海をただの大きな塩水として見るより、ずっと実態に近いと思います。
コメント