海洋(知識)の問題
海水の沈み込みのしくみを調べるため、次の実験を行った。
水温 、塩分 の食塩水を水槽に満たし、静かにしておいた。次に、水温と塩分を変えて色をつけた食塩水 A〜D をつくり、それぞれを水槽の水面近くに静かに少量ずつ注いで、色水がどの深さに広がるかを観察した(A〜D は別々の水槽で行った)。結果は次の表のようになった。
| 色水 | 水温 | 塩分 | 結果 |
|---|---|---|---|
| A | 水槽の底まで沈んで広がった | ||
| B | 水槽の底まで沈んで広がった | ||
| C | 水面近くに広がり、沈まなかった | ||
| D | 水面近くに広がり、沈まなかった |
この実験の結果と、実際の海洋で深層水がつくられるしくみについての説明として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア 海水が凍って海氷ができると、残った海水の塩分が低くなるため、その海水は沈み込みやすくなる。
- イ 南極大陸の周辺では、海水が冷やされるとともに海氷ができて塩分が高くなり、密度の大きい海水が沈み込む。
- ウ 赤道付近では、強い日射で海水が温められて密度が大きくなるため、海水が深層まで沈み込む。
- エ 降水が多く塩分が低い海域では、海水の密度が大きくなるため、海水が深層まで沈み込みやすい。
この問題で使うもの
- 深層循環(熱塩循環)(説明と入口の問題)
- 海水の組成と塩分(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(10 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
実験では、色水がまわりの水より密度が大きいときに沈む。表から、水温と塩分がそれぞれ密度にどう影響するかを読み取ろう。
ヒント 2
海水は低温で塩分が高いほど密度が大きい。また、海水が凍って海氷ができるとき、塩分の多くは氷に入らず残った海水に出ていく。
ヒント 3
温めると密度が大きくなるとするウ、塩分が低いと密度が大きくなるとするエは実験結果と合わない。残りのア・イのうち、海氷ができたときの塩分の変化を正しく書いているのはどちらかを考えよう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
実験からわかること
色水が沈むのは、まわりの水より密度が大きいときである。
- A(水温だけ低い)は沈んだ → 水温が低いほど密度が大きい。
- D(水温だけ高い)は沈まなかった → 水温が高いほど密度が小さい。
- B(塩分だけ高い)は沈んだ → 塩分が高いほど密度が大きい。
- C(塩分だけ低い)は沈まなかった → 塩分が低いほど密度が小さい。
つまり、海水は低温で塩分が高いほど密度が大きく、沈み込みやすい。
実際の海洋
深層水は、北大西洋のグリーンランド沖や南極大陸の周辺など、高緯度の限られた海域でつくられる。これらの海域では海水が強く冷やされるうえ、海水が凍って海氷ができるとき塩分の多くは氷に取りこまれずに残った海水に排出されるため、残った海水の塩分が高くなる。こうして低温・高塩分で密度の大きい海水ができ、深層まで沈み込む。このように水温と塩分による密度の違いで駆動される循環を熱塩循環(深層循環)という。よって イ が正しい。
ほかの選択肢
- ア:海氷ができると、残った海水の塩分は低くなるのではなく高くなる。塩分が低くなると密度は小さくなり、実験 C のように沈みにくくなる。
- ウ:海水は温められると密度が小さくなる(実験 D)。赤道付近の暖かい表層の海水は沈み込まず、深層水の形成域ではない。
- エ:塩分が低いと密度は小さくなる(実験 C)。降水が多く塩分が低い海域の海水は沈み込みにくい。
別解
実験の結果から、水温が低い(A)ほど、また塩分が高い(B)ほど、食塩水は基準の水(20°C、3.5%)より密度が大きくなって沈むことがわかる。逆に、水温が高い(D)ほど、塩分が低い(C)ほど密度が小さくなり、沈まない。
ア: 海水が凍って海氷ができるとき、塩分は氷にほとんど取り込まれず、残った海水に排出される。そのため残った海水の塩分は高くなり、密度が大きくなって沈み込む。「塩分が低くなる」は誤り。
イ: 南極大陸周辺では海水が冷やされ、海氷ができて塩分が高くなるため、密度の大きい海水が沈み込み、南極底層水などの深層水がつくられる。実験結果(A, B)とも一致し、正しい。
ウ: 赤道付近では海水が温められて密度が小さくなるため、沈み込まない。実験の D と同じ。誤り。
エ: 降水が多く塩分が低い海域では密度が小さくなり、沈み込みにくい。実験の C と同じ。誤り。
よって正しいのはイ。