1. かわの みずは しょっぱく ないのに
1. 塩辛くない川の水が、塩を海へ運ぶ
1. 雨は岩から塩を溶かし出し、川が海へ運ぶ
いちばん おおきな わけは、あめが いわを ほんの すこし とかす ことです。あめの みずは、すこし すっぱいのです。その みずが、いわから 塩の なかまを ちょっとだけ とかしだします[1]。
かわは、それを うみまで はこびます。うみは、ながれこむ たくさんの かわから、しおを あつめて います[2]。
かわが しょっぱく ないのは、ちょっとしか とけて いないからです。それに、あめが ふりつづけて、みずが いれかわります[1]。
うみは ちがいます。うみの みずが 蒸発して、そらへ のぼる とき、塩は いっしょに でて いきません。みずだけ でて、しおは うみに のこります[1]。
しおみずを さらに いれて、みずだけ へる ところを そうぞうして みましょう。のこりは だんだん こく なります。うみは、それを とても ながい あいだ くりかえして きました。ただし ほんとうは、うみの みずは ひろくて ふかいので、1かいで こく なる ほど かんたんでは ありません。
では、しおは かわからだけ きたのでしょうか。
雨の水は、わずかに酸性です。その雨が岩に当たると、岩から塩類や鉱物をほんの少し溶かし出します[1]。川は、これを海へ運びます。海は、流れこむすべての川から、塩と鉱物を集めています[2]。
川の水が塩辛くないのは、溶けている量がごくわずかなうえ、雨が降り続けて水が入れかわるからです。雨が規則的に降るかぎり、川や湖は塩辛くなりにくいのです[1]。
海はちがいます。海から水が蒸発するとき、塩は水といっしょには出ていかず、海に残ります[1]。塩はこうして海にたまりました。
たとえば、少し塩を溶かした水を温めて水だけを飛ばすと、残った水はだんだん濃くなります。海はそれを、とても長い時間かけて続けてきました。ただし実際の海は広くて深いので、ひと夏の蒸発で急に濃くなるわけではありません。
では、海の塩は川から来たものだけなのでしょうか。
雨は大気中の二酸化炭素などを溶かしていて、わずかに酸性になっている。そのため岩に触れると、岩から塩類や鉱物をごく少量ずつ溶かし出す[1]。川はそれを海へ運び、海は流れこむ川から塩と鉱物を集め続ける[2]。
川の水が塩辛くないのは、溶けている量がごくわずかだからだ。そのうえ雨が定期的に降るかぎり、水が入れかわって、川や湖は塩辛くならない[1]。ところが海は、水が蒸発するとき塩が水といっしょには出ていかない。入る塩は残り、水だけが空へ出ていくので、塩分は時間とともに積み上がる方向に働く[1]。
この構図は、塩水を浅い皿で蒸発させたときと同じ理屈だ。ただし海は広く深く、長い時間をかけて塩を足してきた。1回の蒸発で濃くなるといった話ではない。
では、塩は川だけが運んだのか。成分を比べると、川だけでは説明がつかない点が出てくる。
2. しおは かわだけが はこんだの?
2. 海の底と火山も、塩を足している
2. 川の水と海水は成分がちがう ── 海底の熱水と火山ガス
じつは、うみの そこからも しおは くわわる。うみの そこの われめに しみこんだ みずは、した にある マグマで あたためられて、いわの ものを とかします。その あつい みずが、熱水噴出孔という ふきでぐちから、うみに もどります[1]。
もう ひとつ、火山の ガスが あります。塩素の おおくは、火山などの ガスから きた、と せつめいされて います。ナトリウムの おおくは、いわが とけて きた ものです[3]。
しおの もとは、ナトリウムと 塩素です。ふたつは、でどころが ちがいます。
うみの みずに とけた ものの うち、いちばん おおい のは 塩素と ナトリウムです。
かわの みずは、カルシウムなどが おおいです。うみの みずは、ナトリウムと 塩素が おおいのです[3]。
かわが はこんで くる ぶんだけでは、うみの しおの なかみは せつめい できません。
ところで、こんなに しおを はこんでくるのに、うみは どんどん しょっぱく なって いるのでしょうか。
海の塩は、川が運ぶ分だけではありません。海底の割れ目にしみこんだ海水は、マグマに熱せられて岩の成分を溶かし、海底の熱水噴出孔から海へ戻ります。これも海に塩類を足しています[1]。
成分を比べると、出どころのちがいが見えてきます。塩の主役は、塩化物イオンとナトリウムイオンです。溶けている塩のうち、とくに多いのがこの2つです。
海洋学の教科書は、ナトリウムの多くは岩石の風化から、塩素は火山ガスなどが出す塩化水素から来ると説明します。川の水は主にカルシウムと炭酸水素イオンを含むので、海水とは中身がちがいます。「海の塩は全部川から」という見方は不正確だ、と同じ教科書は述べています[3]。
日本の辞典も、海水の濃さは海域によってちがうけれど、成分どうしの比は世界中でほぼ一定だと説明します[5]。塩辛さが場所で変わっても、塩の中身の比はあまり変わりません。
それにしても、川から毎年これだけの塩が入ってくるなら、海は年々塩辛くなっていくはずです。実際はどうなのでしょうか。
海水の塩分は、川が運ぶ分だけでは説明できない。海底では、割れ目にしみこんだ海水がマグマの熱で温められ、岩石の成分を溶かして熱水噴出孔から海へ戻る。この経路でも海に塩類が加わる[1]。
成分に注目すると、出どころの食いちがいがはっきりする。海洋学の教科書によると、ナトリウムの多くは岩石の風化から、塩素は火山ガスなどの脱ガス(塩化水素)から供給される。一方、平均的な川の水は主にカルシウムと炭酸水素イオンを含み、海水の主成分はナトリウムと塩化物イオンだ。「海の塩はすべて川が運んだ」という見方は誤りだ、と同じ教科書は述べる[3]。
海水に溶けている塩のうち、とくに多いのが塩化物イオンとナトリウムイオンの2つだ。
もう一つの特徴は一定性だ。日本の辞典は、海水の濃度は海域でちがうが、主成分どうしの存在比は世界中でほぼ一定と説明する[5]。外洋の塩分は海域によって33〜38‰(1000分の33〜38)ほどの幅があり、3.5%(35‰)はその平均だ[1]。
入る塩がこれだけあるなら、海は年ごとに濃くなるはずだ。実際はそうなっていないという。何が起きているのか。
3. しおは うみに たまりつづけるの?
3. 毎年何十億トンも入るのに、海は濃くならないのか
3. 川から毎年約40億トンの塩が入る ── それでも濃くならない理由
アメリカの かんそくきかん NOAAは、せかいの かわが 1ねんに はこぶ しおは、およそ 40億トンと みつもって います[2]。きちんと はかった かずでは なく、すいていの あたいです。うみの そこから くわわる ぶんは、はいって いません。
それでも、うみは ふえつづけて いないらしいのです。NOAAは、かわが はこぶ のと、ほぼ おなじ おもさの しおが、うみの そこに つもって いる、と かんがえて います。だから、うみは たぶん もう しょっぱく なりつづけては いません[2]。
ただし ほんとうは、「かんがえられる」と「たぶん」の はなしです。ぴったり おなじ とは いえません。
もうひとつ、ふしぎが あります。ナトリウムと 塩素は、いきものに つかわれにくく、しずんで つもることも すくないのです。だから、うみの みずに ながく のこって、たまりました。てつ、あえん、どうなどは、いきものに とりこまれて へります[1]。
では、うみから でて いく しおは、どこへ いくのでしょうか。
アメリカ海洋大気庁(NOAA)は、世界の川が1年に運ぶ溶けた塩類を、推定でおよそ40億トンとしています[2]。これは測りきった数字ではなく、見積もりです。海底の熱水から入る分は含まれていません。
それでも海は、塩辛くなり続けてはいないらしいのです。NOAAは、川が運ぶのとほぼ同じ重さの塩が、堆積物として海底に積もっていると考えられるので、海は、たぶんもう塩辛くなり続けてはいない、と説明します[2]。ただし「考えられる」「たぶん」と書かれた説明で、ぴったり同じとまでは言えません。
もう一つ、ナトリウムと塩化物イオンには特別な事情があります。この二つは、生物に使われにくく、沈んで沈殿もしにくいのです。だから海水に長く残って、たまりやすくなりました。鉄、亜鉛、銅などは、生物に取りこまれて海水から減ります[1]。
海の塩を作る材料の多くは、使われずに水にとどまる性質をもっていました。では、塩が海から出ていく道はあるのでしょうか。その道の一つが、陸に残っています。
NOAAは、世界の川が毎年海へ運ぶ溶けた塩類を、推定でおよそ40億トンとしている[2]。ここに海底の熱水から入る分は含まれない。これだけ入るなら、海は年々濃くなるはずだ。
ところがNOAAは、川が運ぶのとほぼ同じ重さの塩が堆積物として海底に積もっていると考えられるので、海はおそらくもう塩辛くなり続けてはいない、と説明する[2]。「おそらく」が付く推定であり、収支がぴったり等しいとまでは言えない。この点は、ほかの教科書も同じ書き方をしている。入る塩と、取り除かれる塩が、長い時間でつり合ってきたという見方だ[4]。
塩が海にたまりやすかった理由もある。ナトリウムイオンと塩化物イオンは、生物に使われにくく、沈殿もしにくい。そのため海水中に長く残る。対して鉄・亜鉛・銅などは生物に取りこまれるので、海水から減る[1]。滞留時間(海に入ってから出るまでの時間)の数値は、ここでは取り上げない。長い、という性質までを押さえておく。
では、取り除かれる塩はどこへ行くのか。その一つは、陸に厚く積もった岩塩として残っている。
4. しおは、りくに とりだされる
4. 海の塩は、陸の岩塩の層になる
4. 蒸発岩 ── 閉じこめられた海が岩塩の層になる
うみの いちぶが、りくの ほうに とじこめられる ことが あります。とじこめられた うみの みずは、じょうはつして、しおだけが のこります。のこった しおが、あつい 岩の そうに なります。これを「じょうはつがん」と いいます[4]。
しおが、うみから 陸に とりだされて、そのまま のこります。これが、うみから しおが でて いく みちの ひとつです。
いれた ぶんと だした ぶんが つりあうと、しおからさは かわりません。うみの しおからさは、ながい じかんを かけて、おおむね おちついて きたと されて います[4]。
でも、まったく おなじ では ありません。むかしの うみは、もっと こかった ことも あるようです。じょうはつがんの みつもりでは、きょうりゅうの じだいより まえは 1000ぶんの 50ぐらいでした。いまの 1000ぶんの 35より、こかった かもしれません。やく 2300まん ねん まえは、37〜39ぐらいだった とされます[4]。
では、うみが うまれた ばかりの ころは、どうだったのでしょうか。
塩が海から出ていく道は、堆積物として海底に積もる分だけではない。海の一部が陸に閉じこめられて蒸発すると、水が飛んで塩だけが残り、厚い岩塩の層ができます。こうしてできた層を蒸発岩といいます。蒸発岩は、海から塩を取り除く仕組みの一つです[4]。
入ってくる塩の量と、出ていく塩の量が、長い時間のなかで釣り合います。教科書は、そのようにして海の塩分が保たれてきたと説明します[4]。海の塩分は、長い時間をかけて、おおむね安定してきたとされます。
ただし、ずっと同じだったわけではありません。蒸発岩を使った見積もりでは、中生代より前の海は最大で1000分の50(5%)ほどだった可能性があります。約2300万年前の中新世の初めには1000分の37〜39、現在は約1000分の35です[4]。
何億年も大きくは変わらないのに、少しずつは動いています。入る塩と出る塩のつり合いが、時代によって少しだけ傾いてきたのでしょう。
では、海が生まれたころの塩分は、どうだったのでしょうか。
塩が海から出ていく道は、堆積物として海底に積もる分だけではない。海の一部が閉じこめられて蒸発すると、水が飛んで塩だけが残り、厚い岩塩の層、蒸発岩ができる。この層が大陸に残るかぎり、そこに入った塩は海へ戻らない[4]。教科書は、海への塩の供給と取り除く仕組みが、やがて釣り合ったと述べる[4]。
このつり合いのおかげで、海の塩分は長い時間をかけて、おおむね安定してきたとされる。だが一定ではない。蒸発岩から見積もると、中生代より前の塩分は最大で約50‰(5%)に達した可能性があり、約2300万年前の中新世のはじめには37〜39‰まで下がった。現在は約35‰だ[4]。‰は1000分の1を表し、50‰は5%にあたる。
つまり、入る塩と出る塩の収支は、長い時間をかけて少しずつ傾きながら、大きくは崩れなかった。何が傾きを生んだのかは、ここで使った資料からは言い切れない。
では、地球に海ができたばかりのころの塩分はどうだったのか。
5. うまれた ばかりの うみは どうだった?
5. 生まれたばかりの海は、もっと塩辛かったかもしれない
5. 初期の海 ── 酸性の海と、塩分の仮説
うまれた ばかりの うみは、すっぱい みずだった、と いう せつめいが あります。その みずが、じめんの いわを とかしました。そのあと、アルカリの なかまの ものと まざって、しおに なったそうです。それから も、いわが すこしずつ とけて、しおが ふえた、と いわれます[7]。
ただし、はじめの うみが どれくらい すっぱかったかは、けんきゅうする 人で いけんが わかれます。
アメリカの イェールだいがくの 2021ねんの けんきゅうは、さいしょの やく 5億ねんの うみは、いまより しょっぱかった かもしれない、と しました。しおの こさは、さいだいで 7.5パーセントです。ただし、この けんきゅうは「かもしれない」と いう かせつです[6]。
いまの うみが 3.5パーセント、むかしは 7.5パーセント かもしれません。それでも、しおは うみの そこと りくに のこり、いまの しおからさに おちついて きたと かんがえられて います。
日本語の解説では、誕生したころの海は酸性で、地殻の岩石を溶かし、アルカリ金属やアルカリ土類金属で中和されて塩ができた、とされています。その後も地殻が少しずつ溶けて、塩分が増えた、という説明です[7]。ただし、原始の海がどれほど酸性だったかは、研究者のあいだで見解が分かれます。
もっと塩辛かった可能性を示した研究もあります。イェール大学の研究者たちは2021年、地球ができて最初の約5億年の海は、塩分が最大7.5%に達したかもしれないと報告しました[6]。ただし仮説の段階の話で、現在の値との倍率までは、ここでは書きません。
海ができたばかりのころの塩分は、まだ研究中です。そこから先、岩が溶けて入る塩と、陸に取り出される塩が、釣り合う方向へ動いてきたと考えられます。
海は、できた日から少しずつ塩辛くなった、と単純には言えません。濃い時代と、そこから落ち着いた時代があったらしい、というところまでが今の見方です。
誕生したころの海については、日本語の解説に、酸性の海が地殻の岩石を溶かし、アルカリ金属・アルカリ土類金属で中和されて塩ができたという説明がある。その後も地殻が少しずつ溶けて、塩分が増えたとされる[7]。ただし原始の海がどれほど酸性だったかは、研究者によって見解が分かれ、この説明は「そう考えられている」までの強さで読むのがよい。
最近の仮説は、生まれたころの海が今より塩辛かった可能性を示す。イェール大学のKorenagaとGuoらは2021年にPNASに発表した研究で、地球ができて最初の約5億年の海は、塩分が最大7.5%に達したかもしれないと報告した[6]。ニュース記事は現在の値を約2.5%と書いており、他の資料の3.5%と合わないため、ここでは倍率の計算を避ける。
7.5%という数字は「最大」の推定で、仮説の段階だ。これが正しければ、海の塩分は、はじめに濃く、のちに蒸発岩や堆積物で取り除かれて下がり、5億年ほど前からはおおむね安定した、という大きな流れになる。ただし、この流れを一本につなぐ証拠は、まだ十分とは言えない。
海の塩は、増えて終わりの話でも、減って終わりの話でもない。入る道と出る道がつり合う、動き続ける収支として見ると、塩辛さが長く保たれてきた理由が分かる。
6. しおみずを つくって、なめて みよう
6. 家の台所で、海水に近い塩水を作る
6. 海水の濃さを計算し、蒸発させて塩を見る
おうちの 人と いっしょに やりましょう。コップに みずと 塩を はかります。みず 193グラムに、しお 7グラム。ぜんぶで 200グラムです。うみの みずと だいたい おなじ こさ(3.5パーセント)に なります。
すこしだけ なめて みましょう。のみこまず、すぐ みずで ゆすぎます。
つぎに、この しおみずを ちいさな さらに すこし いれます。ひなたの まどぎわに おいて、みずが なくなるまで まちます。すうじつ かかる ことも あります。みずだけが きえて、しろい つぶが のこります。うみの みずが 蒸発する ときと、おなじ ことが おきて います。
やけどを しない ように、ひは つかいません。
おさらの しおが ふえたら、おうちの 人と、「この しろい つぶは なにかな」と はなして みましょう。ふつうの しおと くらべて みるのも おもしろいです。
台所のはかりで、水193gと食塩7gを量って混ぜます。合計200gのうち7gが塩なので、7÷200で3.5%。平均的な海水と同じくらいの濃さになります。
ほんの少し舐めてみて、すぐに水ですすぎます。海の水がどれくらい塩辛いのか、数字ではなく舌で感じられます。飲みこまないようにしましょう。
次に、この塩水をお皿に少し入れ、日なたの窓ぎわに置きます。水がなくなるまで置きます。数日かかることもあります。水だけが飛んで、白い粒が残ります。火は使いません。海の水が蒸発するときも、塩が残る道すじは同じです。
皿に残った粒を、台所の食塩と見比べてみましょう。形や大きさはそろっているでしょうか。乾かす場所や皿の形を変えると、粒の見え方も変わるかもしれません。
家のはかりで、水193gと食塩7gを量って混ぜる。合計200gのうち塩は7gなので、7÷200=0.035、つまり3.5%になる。これは平均的な海水の濃さにあたる。実際の外洋の塩分は33〜38‰の幅があり、この塩水はその平均に近い[1]。ただし海水にはナトリウムと塩化物イオン以外の成分も含まれるので、味や性質が完全に同じになるわけではない。
これを皿に少し入れ、日なたに置く。水がなくなるまで待つと、水だけが飛んで、白い塩の粒が残る。数日かかることもある。火は使わない。水が飛んで塩が残る道すじは、海でも同じだ。
残った粒を台所の食塩と見比べ、形や大きさのちがいを書き留めてみよう。乾かす場所や皿の形を変えると、粒の見え方がどう変わるかも試せる。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
出典について:WHOI(ウッズホール海洋研究所)・NOAA(アメリカ海洋大気庁)・イェール大学は研究機関・大学の解説、LibreTexts は大学教員による公開教科書、コトバンクは辞典の集約サイト、Wikipedia は百科事典サイトです。
- Woods Hole Oceanographic Institution “What makes the ocean salty?” https://www.whoi.edu/ocean-learning-hub/ocean-facts/what-makes-the-ocean-salty/ (平均塩分、雨が岩を溶かす、蒸発で塩が残る、熱水噴出孔、使われにくい成分)
- NOAA National Ocean Service “If rivers flow into the ocean, why aren’t rivers salty?” https://oceanservice.noaa.gov/facts/riversnotsalty.html (川が運ぶ塩の推定量、海底の堆積物とのつり合い)
- Richardson, “Essentials of Oceanography” 3.06 Why the Sea is Bitter, LibreTexts. LibreTexts(海洋学の教科書・3.06) (ナトリウムは岩石の風化、塩素は火山ガスなど、川の水と海水の成分のちがい)
- Chamberlin, Shaw, Rich, “Our World Ocean” 8.05 Salinity over Long Timescales, LibreTexts. LibreTexts(海洋学の教科書・8.05) (蒸発岩、入る塩と出る塩のつり合い、塩分の長期の変化)
- コトバンク「海水」(デジタル大辞泉・日本大百科全書ほか)。 https://kotobank.jp/word/%E6%B5%B7%E6%B0%B4-42548 (濃度は海域でちがい、成分の比は世界中でほぼ一定)
- Yale News (2021) “The spice of the world: Earth’s early oceans may have been heavy in salt”(Korenaga & Guo, PNAS)。 https://news.yale.edu/2021/12/13/spice-world-earths-early-oceans-may-have-been-heavy-salt (最初の約5億年の海の塩分が最大7.5%に達したかもしれないという仮説)
- Wikipedia「海水」、および英語版 Wikipedia “Seawater”。 https://ja.wikipedia.org/wiki/海水 (主なイオンの割合、初期の酸性の海という説明)
なおした ところ
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