雪氷圏

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地球上の固体のH₂Oをまとめて (かならずしも地球全体を覆っていないけれども) 「雪氷圏」という。(「氷雪圏」という人もいる。「氷雪圏の環境」の科目名をきめた人はそちらだった。) 英語では cryosphere である。 その語源はギリシャ語の kryos で、「寒い」という意味である。 その直訳で cryosphere を「寒冷圏」ということもある。

地球上の氷の量

• 氷の密度は液体の水の約 0.9 倍。ただし、空気などがはいったすきまのある雪氷の密度はもっと小さい。
• 質量 (=体積×密度) で見ると大きいのは南極とグリーンランドの氷床、次におそらく凍土。
• 面積で見ると大きいのは季節変化する積雪と海氷。
• (雑談的用語補足) [極地(北極、南極)の氷] (ブログ記事 2014-07-05)

大村 纂 (2004)によるまとめ

出典

• Ohmura, A., 2004: Cryosphere during the twentieth century. The State of the Planet (Sparks, R.S.J. & Hawkesworth, C.J. eds., American Geophysical Union, Geophysical Monograph 150), 239 -- 257.

ここでは表の数値の桁をそろえるため、無効数字の0を追加した形にした。 積雪には氷河・氷床あるいは海氷の上に積もった雪を含まない。 この表の体積は氷としての体積である。 たとえば氷河・氷床の合計体積は33.1×10⁶km³で、 液体の水に換算すると30.4×10⁶km³となる。

海上の氷

• 海氷 (英語では sea ice)
  • 海氷は、海水がこおったものである。
  • 海水のこおる温度は 約 -2℃ である。
  • 海氷には、海岸につながった定着氷と、移動する流氷がある。
  • [外] [日本雪氷学会 北海道支部 「雪氷写真集」のうち「海氷・湖氷」]
  • 海氷は、塩分をふくむ。ただし、海水がこおるとき、塩物質は相対的には氷にとりこまれにくい。 そこで、海氷の塩分は海水より少なめになり、そのまわりの海水の塩分が高くなる。 海氷がとけるところでは、塩分が低くなる。
  • 海氷の大部分は、季節的に出現し、消滅する。その厚さは数メートル程度である。小部分が複数年にわたって存在する。その厚さは10メートルのけたになることがある。
  • 海氷の統計では、次のような用語が使われる。
    • 海氷密接度 (sea ice concentration) : 海の表面積のうち海氷でおおわれている部分のわりあい。(大気での「雲量」が地表面積のうち雲でおおわれている部分のわりあいと言えるのとにた概念。)
    • 海氷面積 (sea ice area) : 海氷におおわれた海面の面積。
    • 海氷域面積 (sea ice extent) : (ある時点で)海氷が存在する海域の面積。実際には、海面をます目にわけて考え、密接度のしきい値をきめて、密接度がしきい値以上になるます目の面積を集計する。
  • 【見てほしい図】[北半球・南半球の海氷の季節変化] (密接度の分布図、海氷域面積のグラフ)
    • それぞれの半球で、海氷域面積は、秋分ごろ最小、春分ごろ最大になる。
    • 合計には南半球のほうが大きくきく (海氷が存在しうる海域が広いので。)
  • 『図説』 環境の章 2節 「気候変動 2」 [2]「極地域の変化」のうちに、地球温暖化にともなう海氷域面積の減少がとりあげられている。
  • [外] [気象庁 「海氷域面積の長期変化傾向 (全球)」]
• 氷山 (英語では iceberg)は、つぎにのべる陸上の氷河 (氷床のこともある) の部分がちぎれたものである。 棚氷[たなごおり] (英語では ice shelf)は、陸上の氷河 (氷床のこともある) が海上にはりだしたものである。 いずれも、ほとんど塩をふくまない淡水の氷である。 量としては海氷よりもずっと少ないので、海上の氷の統計では無視されることが多い。

陸上の氷

• 積雪
  • 海氷上にもあるが、おもに陸上にある。
  • 大気中の水蒸気が雲になり、雪として降って、地上につもったものである。 塩分のほとんどない淡水の氷である。
  • 大部分は季節的に存在する。小部分が複数年にわたって存在する。
  • 【見てほしい図】[北半球の積雪被覆の広がりと季節変化] (積雪域の分布図、積雪面積のグラフ)
    • 北半球の積雪面積は、8月ごろ最小、1-2月に最大になる。
    • 1-2月には、北半球の大陸のだいたい北緯45度から北(ただしヨーロッパをのぞく)が継続的に積雪におおわれている。
  • 氷の密度は水の密度の約 0.9 倍だが、 雪の結晶のあいだにすきま(ふつうは空気がふくまれている)があるので、 積雪の密度は水の密度の 0.3 倍ぐらいのことが多い。 (積雪が融解して再凍結すると密度が大きくなる。)
  • 日本には積雪深が数メートルになる地域がある。ほかにも、ノルウェー、アラスカ太平洋岸など、積雪深の大きい地域がある。
    • 『図説』 環境の章 9節「気象災害 2」の [3] 「雪による災害」に、積雪の多い地帯の分布図と 大雪の例の写真がある。
  • しかし世界の大陸の広域を季節的に覆う積雪の大部分は、積雪深 1 m、液体水換算 300 mm 程度。
  • [*]積雪深の分布 (古いデータ) (この図は残念ながら数量の単位が不明。もっとよいデータを見つけたらさしかえたい。)
• 氷河 (glacier)
  • 積雪が、融解や昇華蒸発による消耗をまぬかれて複数年にわたって残り 雪の結晶のあいだのすきまが小さくなって「氷」にかわり、 さらに、氷自体の重み(にかかる地球の重力)によって流動をおこしているものである。 ただしこの流動は、液体の水の流動が 1 m/s の桁の速さであるのに対して、 (たとえば) cm/日 で1桁になるような速さである。 氷が流体になったわけではない。
  • 氷河全体としては、雪として供給される量(「涵養[かんよう]量」という)と、 融解、昇華蒸発、あるいは氷山としてちぎれることによって失われる量(消耗量)とが、近似的につりあっている。 上流側では涵養量のほうが多く、下流側では消耗量のほうが多い。
  • 日本には、北アルプスに、氷河とみとめられるものがある。
    • [外] (富山県) [国内初の現存する「氷河」を立山連峰で発見!] (立山カルデラ砂防博物館 福井 幸太郎 博士、飯田 肇 博士ほかの研究成果)
  • 氷河のうちとくに大きなものを、大陸氷床 (英語では continental ice sheet)という。 現在の世界には、南極大陸とグリーンランドに大陸氷床があり、 それぞれの陸地の大部分を、平均2～3 km の厚さでおおっている。 (グリーンランドは大陸でなく島としてあつかわれるが、 グリーンランド氷床は大陸氷床にふくめるのがふつうである。) 2万年前の世界には、このほかに、北アメリカやヨーロッパにも大陸氷床があった。
  • [*][氷河についての、いくつかの文献からとった図・表]
  • 『図説』 では
    • 旧課程版3章2節 (新課程版5章2節)「地表の変化 (2)」の [1]「氷河地形」で、 地形をつくるしくみのひとつとして氷河をとりあげている。
    • 環境の章 2節「気候変動 (2)」の[2]「極地域の変化」につづいて「[+α] 大陸氷床・山岳氷河の融解」 として、地球温暖化にともなう氷河の減少 (蓄積よりも融解のほうが多い) がとりあげられている。
    • 環境の章のなかにある 特集 7「南極観測」で、 南極氷床の概観、氷河地形、棚氷[たなごおり] などがとりあげられている。 棚氷は、氷床の、海上にはりだしている部分である。
    • 環境の章 1節「気候変動 (1)」の[3]「古環境の復元」で、氷床のコアサンプルによって、 数十万年前から現在までの気候・環境の変動の証拠が得られていることがとりあげられている。
    • 旧課程版3章16節 (新課程版5章12節) 「新生代」の [3]「氷河時代」で、第四紀 (最近の約 2百万年) のうちには 大陸氷床がひろがった「氷期」と、せばまった「間氷期」とがくりかえされたことがのべられている。
    • 地球の歴史の章の中にある Science Special 3 「全球凍結と生物進化」では、23億年前、7億年前、6.5億年前に、低緯度まで氷河がひろがった証拠があり、 地球の全面が氷に覆われた「全球凍結」があった可能性が示唆されている。 (もし全球凍結があったとしても、海面に氷がはったのであり、海底まで凍結したとは考えられていない。)
• 永久凍土 (permafrost)
  • (これは海底にもあるが、おもに大陸の地下にある。)
  • 地下の温度が0℃より低い状態を凍土という。 そこに土壌水分や地下水があれば、それは氷になっているだろう。 ただし「凍土」であることは、かならずしも氷の存在を意味しない。
  • 年をつうじて凍土の状態になっているばあいに、永久凍土という。
  • 永久凍土があるところでは、その上に凍土になる季節と水が融解する季節とが交代する層があるのがふつうである。この層を「活動層」という。
  • 凍土の形成には、千年から万年の時間がかかっている。 現在の凍土の分布は、かならずしも現在の気候を反映したものではなく、 1万年以上まえの氷期の気候の影響も残っている。 氷期に氷床におおわれていたところには永久凍土が乏しく、 寒冷だったが氷床におおわれなかったところで永久凍土が厚い。
  • [外] [北極域研究共同推進拠点 北極基礎市民講座 「永久凍土とは」] (筆者の 飯島 慈裕 [よしひろ] 先生の執筆当時の所属は三重大学、現在は東京都立大学)
  • [*][永久凍土についての、文献からとった図・表] (データが古いので、新しいものにさしかえようと思っているが、まだできていない。)

本の紹介

• 杉山 慎 [しん], 2021: 『南極の氷に何が起きているか -- 気候変動と氷床の科学』 (中公新書 2672)。 [読書メモ] ... 南極氷床とその変化についての、研究者による入門読みもの。
• 若浜 五郎, 1995: 『雪と氷の世界』。東海大学出版会。... 氷河をふくむ雪氷学全般の入門書。
• 亀田 貴雄, 高橋 修平, 2017: 『雪氷学』。古今書院。 [読書メモ] ... 雪氷学を専門的に学びたい人のための教科書。
• [ビデオ] NHK, 1987 (テレビ放送), 2002 (DVD):『氷河期襲来』 (地球大紀行 8)。 [読書ノート] 【立正大学の図書目録によれば、2002年のDVDが品川の社会学科の研究室にある。】 ... よくできた科学ドキュメンタリー番組。 番組の主題は、数十万年間の大陸氷床の消長がどのようにしてわかったかだが、 むしろ、現在の氷河(アラスカのメンデンホール氷河、グリーンランド氷床)の実写や早まわし動画の部分を見ることをすすめたい。