- 中田 宗隆, 2024: 分子科学者がやさしく解説する 地球温暖化 Q & A 181 — 熱・温度の正体から解き明かす。丸善出版, 144 pp. ISBN 978-4-621-30918-6.
2024年3月に出たA5判 横書きのペーパーバック。わたしは2024年4月に、自然科学のうちの環境科学の棚のある本屋の店頭で見つけて買った。
著者の専門は物理化学 (化学のうちで物理にもとづく方法をおもにつかう分野) だ。そのたちばから、地球温暖化について、とくに、水蒸気と二酸化炭素が赤外線を吸収するしくみについて、高校ぐらいの前提知識の人に説明している。わたしはまえまえから、そのような本がほしいと思っていた。
【わたしは気象学を学んだたちばから地球温暖化のしくみについて教えているが、大気成分のうち赤外線の射出・吸収に関しては水蒸気と二酸化炭素が重要になる (地球大気の主成分である窒素、酸素、アルゴンはきかない) ことについて、それぞれの分子の固有振動によって吸収できる電磁波の振動数がきまっているからだ、と説明はするものの、それ以上くわしく説明できるほど理解していない。物理の量子力学の初歩の授業はうけたのだが、それはシュレーディンガー方程式の一般的な形と簡単な応用例だけで、分子の振動にはいたらなかったのだ。化学科の専門科目の「量子化学」でやっているらしかったが、それをまなぶ機会はなかった。いまその分野の専門教科書を見ても、前提となることがらがおおすぎて理解できず、教材にとりいれることができずにいたのだった。】
読んでみると、分子の振動のしくみと、それが赤外線の吸収にどのようにきいているかの説明は、初歩の人にわかってもらうための単純化もふくめて、うまく書けているとおもう。しかし、残念ながら、それが大気のエネルギー収支に、そこから気温の上昇・下降に、どのようにきいているかになると、気象学を学んだ人からみて、まちがいや、単純化のためになにを省略するかが不適切なところが、たくさんあり、指摘しようとしたら書ききれなくなった。
(たぶん、著者は、気象学者がしろうとむけに定性的に説明したことにもとづいて本書の説明をくみたてているのだ、とおもう。現実の大気のエネルギー収支には多数の要因が同時にきいているが、しろうとむけの説明では、そこであつかうものごとに即して要因をしぼって話すだろう。そこでしぼられた要因には数量をあたえるが、省略された要因を省略したままだと、定量的な説明としては、まずいものになる。)
地球温暖化についてまなびたい読者には、さきに気象学者が地球温暖化を説明した本を読んだあと、本書第2部「熱エネルギーを蓄えるさまざまな分子運動」だけを読むことをすすめたい。
ただし、それは、水蒸気や二酸化炭素の分子が振動または回転の変化にともなって赤外線を吸収したり射出したりすることの理解にとどめ、それによって気温がどう変化するかについての著者の見解は話半分に聞きおくのがよい。たとえば、10.3節で二酸化炭素が気温にどうきくかを論じているが、著者は夜には地表面から出る熱赤外線を考慮しているにもかかわらず、昼のばあいは赤外線として太陽放射の赤外線波長域だけをとりあげている。実際には昼も地表面から出る赤外線があり、その量は陸では夜よりも (地面温度が高いから) 多い。それを省略したのでは近似にもならない。
本書第2部では、分子の振動や回転が、それぞれの気体の熱容量をどのように変えるかに、わりあい重点がある。化学知識の提供としては、よいことだ。しかし、地球大気のうち (希薄な熱圏の大気は別として) 対流圏や成層圏では、分子の衝突によって分子運動のエネルギーがよく混合されているので、それを気体の種類別にわけてとらえる必要はない。空気全体としての熱容量が微量成分によってわずかにかわるが、それは気温の変化を定量的にみつもるうえで重要ではない。地球温暖化についてのおおまかな知識を得たい読者は、熱容量の変化が温度にどうききうるかの話は読みとばしたほうがよいと思う。
また、本書では「熱容量」という用語を (とくに数値をしめすとき) 「モル熱容量」つまり「物質量あたりの熱容量」をさしてつかっている。このことは 6.6節の Q117 で明示されているが、そのまえの 6.1 節のQ95で導入される際には「気体の物質量を 1モル、圧力を 1気圧 (大気圧) として、熱容量を説明します。」というわかりにくい表現になっている。たしかに、物質量あたりにすると、理想気体の近似がつかえるかぎりでは気体の種類によらずに説明できることがおおくなる。しかし、気象学の本では物質量 (モル) あたりではなく質量あたりの量 (熱容量については比熱容量) をつかうから、見くらべる際には注意が必要だ。
また、6.7節の海陸風の話の「海のほうが陸よりも熱容量が大きい」というのは (本来の意味の熱容量によるならば) 定性的に正しいのだが、「熱容量」を本書の定義によろうとすると、陸面を構成する岩石などの固体物質については (「分子」のかわりに「粒子」という表現をしているが) 1モルの質量がどれだけかわからないので、熱容量の数値がさだまらず、定量的な議論にすすむことができない。【質量あたりで見るならば、水は岩石よりも比熱容量が大きい。しかし、けたちがいに大きくはない。(わたしの持論になるが) 海と陸の熱容量のちがいをもたらす主要因は、(比熱容量のちがいではなく) 日変化にかかわることのできる層の深さのちがいなのだ。】
著者は2019年まで東京農工大学 工学部の教授をつとめていた。わたしは同じ大学で非常勤講師として気象学をおしえていた。授業の場所は別のキャンパスの農学部だったが、工学部キャンパスの図書館に行くこともあった。そのころに著者と知識を交換することができたらもっとよい本ができただろうと思う。
折りかえしのあとに くわしい目次をつける。
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