地学 II 試験の採点を終えて

問題 1

これは授業であつかった知識を確認する問題でした。

エネルギー収支については、 二酸化炭素は、地球放射(赤外線)を吸収・射出するので、地上気温を上げるように働くこと、 雪氷は、太陽放射(おもに可視光)の反射をふやす(吸収を減らす)ので、 地上気温を下げるように働くこと、をあげてほしかったのでした。

炭素循環については、百万年から億年の時間スケールなので、 地球内部から大気への移動は、火山ガス、 大気から地球内部への移動は、岩石の風化[注]をあげてほしかったのでした。

[注] もう少しくわしくいうと、カルシウムをふくむケイ酸塩鉱物を主とする岩石が風化し、 そのカルシウムが二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムとして沈殿し石灰岩ができること。

エネルギー収支のところで、オゾンについて書いた答えがありました。 オゾンは、太陽放射のうち紫外線部分を吸収するという意味で、エネルギー収支に関連します。 また、地球放射を吸収・射出する温室効果物質でもあります (水蒸気や二酸化炭素ほど重要ではありませんが)。 しかし、二酸化炭素濃度の変化にともなってオゾン濃度がどう変化するかは、単純ではありません。 (「二酸化炭素濃度がふえるとオゾンが破壊される」という因果連鎖を述べた答えが 複数ありましたが、そのような直接の因果関係はありません。) 出題者としては、この問題の答えとしては、オゾンの話題はとりあげないことを期待していたのでした。

(もし、地球史の中での生物の進化と大気成分の変化の関係に関する問題を出したならば、 オゾンについての答えを期待したかもしれませんが。)

炭素循環のところでは、植物の光合成と、それで生成された有機物の分解をあげた答えや、 化石燃料の形成と分解をあげた答えもありました。 百万年から億年の時間スケールの炭素循環にとって、 光合成によってできた有機物が石炭などの形で地球内部にたまることも、 重要な要素ではありますが、 量としては上に述べた火山ガスと風化による循環よりも小さいので、 副次的といえます。 石炭などの化石燃料ができるところをふくむ答えだけ、高く評価しました。 光合成・分解や、人間による化石燃料の燃焼だけを書いたものは、 話題の時間スケールがちがうので、低く評価しました。

問題 2

これは各自ちがった答えを期待した問題でした。

地球温暖化の影響としては、海面上昇によって島が水没することなど、 いろいろな答えがありました。大部分が妥当だと思いました。

赤潮は、地球環境問題ではありますが、 おもな原因は水域の富栄養化で、 温暖化にともなってふえるという因果関係はありうるものの、確実ではありません。 地球温暖化の影響をあげるという問題に対しては、これはよい例ではないと思います。

地球温暖化の影響に対する対策として、この問題では、適応策をあげてほしかったのです。 答えのうちには、温室効果気体排出削減策 (いわゆる「緩和策」)をあげたものが、 かなり多かったです。エネルギー節約(「省エネ」)や、 エネルギー源の再生可能エネルギー(「自然エネルギー」)への転換は、 「緩和策」にはいります。これは、出題者の期待する答えからは、はずれていました。

木を植えることは、二酸化炭素吸収源という意味ならば「緩和策」ですが、 木の大きさ程度のミクロな気候を変えることを、 広域の気候の変化に対する適応策として評価することもできます。

地球温暖化の結果、地域によっては、 降水量がふえて、洪水が起こりやすくなることがあるでしょう。 そこで堤防を高くすることは、洪水に対する災害予防策ですが、 地球温暖化に対する適応策としてみることもできます。

島の水没に対しては、移住と、埋め立てや人工地面をつくることがあげられていました。 どちらも、人間社会や生態系への悪影響がありうるので、必ずしも勧められるかどうかわかりませんが、 この試験問題としては、適応策の例として妥当とみなしました。

海面上昇で地下水の塩分が高まることへの適応策として、 塩分に耐性のある農作物の品種開発をあげる答えがありました。 これはよい例だと思います。

水産資源となる魚が、地球温暖化にともなってどう変わるかは、あまりよく予測できていません。 漁獲や環境汚染の影響、自然の十年規模の気候変動の影響も大きいからです。 [別の授業の教材]のなかで、いくつかの論点を紹介しました。 地球温暖化にともなって魚が減ると想定して、対策として養殖をあげた答えがありました。 この試験の答えとしては妥当とみなしましたが、 現在、魚の養殖の大部分は、えさとして野生の魚を使いますから、 その資源が減ったならば持続可能でないので、現実にはたぶんまずい提案になると思います。

問題 3

これは計算問題です。

試験中、惑星の大きさに関する質問がありましたが、 ここで課題にしたのは、惑星の単位面積あたりに達するエネルギーなので、 惑星の大きさ(たとえば半径)がいくつでも、値は変わらないのです。 もし、惑星に達するエネルギーの総量を計算するのならば、惑星の大きさの情報も必要です。

惑星の単位面積あたりに達するエネルギーは、 太陽から惑星までの距離の2乗に反比例します。

太陽からの放射が、あらゆる方向に一様に、直線でひろがり、 途中に吸収物質がないと想定してよいことを前提として、 太陽からそれぞれの惑星までの距離を半径とした球面を考えます。 どの球面にも同じだけの放射が達するので、 単位面積あたりの放射エネルギーは、球の表面積に反比例することがわかります。

しかし、残念ながら、距離の2乗に反比例するという正解よりも、 距離(の1乗)に反比例するという答えのほうが多く、 距離に比例するとか、距離の2乗に比例するとかいう答えもありました。 (結果が、太陽から遠い火星のほうが地球よりも大きくなったら、変だと思って 考えなおしてほしかったのですが)。

「距離の2乗に反比例」は、講義でかなり強調したつもりだったのですが、 黒板も、図録の本も、平面なので、奥行き方向の広がりを感じにくかったかと思います。 面積のちがいを感じるような実習をやったほうがよかったと思います。 たとえば、「距離3」に対応して、3×3の升目にひとつずつ○印をかいたもの、 「距離1」に対応して、1つの升目に集中して9個の○印をかいたものをくらべてみましょう。

惑星に達する太陽放射のうち、それぞれの惑星が吸収する割合は、 1からそれぞれの惑星が反射する割合をひいたものです。 出題の意図としては、問題前半で計算した惑星に届くエネルギーに、 惑星が吸収する割合をかけて、それを惑星どうしで比較してほしかったのです。 惑星が吸収する割合だけを比較した答えが多くありました。部分点をつけました。


2018-08-21
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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