柏野 祐二 (2016) 海の教科書

  • 柏野 祐二 (かしの ゆうじ), 2016: 海の教科書 — 波の不思議から海洋大循環まで (ブルーバックス B1974)。講談社, 334 pp. ISBN 978-4-06-257974-2.

2016年6月の新刊。海洋学のうち、海洋物理学の入門書。海洋物理学は、[海底ではなく]海の水について、その流れ(海流)、波、温度の分布や変化などを対象とする分野だ。

ただし、話題を海洋物理学に限っていない部分もあり、たとえば第1章のうちの日本にとっての海の重要性のところでは「海洋資源」としておもに海底資源をとりあげている。

縦書きで、「数式をほとんど使わない」方針で書かれている。式を書かないで表現したからかえってむずかしくなったかと思うところもある(第7章の潮汐のしくみの説明など)。ただし、縦書きで式を入れると読みにくいし、波や潮汐の式はsinやcosがたくさん出てくるが式を苦にしない人のうちでも三角関数は苦手な人も多いかもしれない、とも思う。

図は白黒(グレースケール)になっている。濃淡による塗り分けで階調がわかりにくいものがあるが、おそらく原図はカラーだったのだろう。研究論文や英語圏の専門教科書などではおよそ10年前ごろからカラーの図があたりまえになってきたのだが、広く売りたい出版物のためには、白黒で見やすい図を作る技術をもち、新たに作図したり、カラーの図を編集したりできるようにしておく必要がありそうだ。

「新しい研究成果の紹介を含む」ことも特徴だ。

世界の海を、地域を限った話題では、太平洋と、海氷のできる北極海、「南極海」、オホーツク海を扱っている。オホーツク海と太平洋の黒潮・親潮のほかは、日本付近にとくに重点が置かれているわけではない。日本海の話題は、第4章の日本付近の海流のうちの「対馬暖流」の話のついでに出てくる。

第1章は序論で、海洋の「おもしろさ」と「重要性」を述べている。

第2章は海洋観測の話。海洋観測の歴史をふりかえる。また、今の、船、係留系(いかりを海底におろしたブイなどに観測機器をつけたもの)、漂流物(フロート、表面を漂流するものは漂流ブイ)、人工衛星による観測のしかたをそれぞれ紹介している。今の海洋の観測で重要な国際共同事業、とくにWCRPの一環であったWOCE (World Ocean Circulation Experiment, 1990-2002)や、Argoフロートが紹介されている。

第3章は、まず水という物質の性質、それから海水の性質。(塩分については、2009年のUNESCO-IOC議決で質量千分率が標準になったことを説明してはいるが、図などに示されたデータはその前の標準の「実用塩分」なので、本書の本文も実用塩分を採用し、便宜上「PSU」が単位であるかのような形で示している。)

第4章は、海底地形を示したあと、水温・塩分の分布、世界の海流、日本付近の海流、そして渦について述べる。渦としては、中規模渦(「メソスケール渦」も同じ意味)と、それよりも細かい現象(新しい研究の話題であり「サブメソスケール現象」と呼ばれている)の話がある。渦を示す図はシミュレーション結果からとられている(観測では部分をとらえることはできても広域の分布をとらえるのはむずかしいのだ)。【ここでいう「渦」は、英語のvortexである場合とeddyである場合があると思うが、それが区別されているかどうかはよくわからない。】

第5章は、地球のエネルギー収支の基本、海洋力学の基本を示したうえで、海洋の大循環のしくみを説明する。風成循環については、Stommelの1948年の理論にそって、式は使わないものの、理屈を説明している。深層循環については、かつては温度と塩分によって密度差ができるという理屈で説明されていたが、最近は密度差も重要だが風や潮汐も重要だと考えられており、理屈はややこしいので、密度の大きい水が沈むところは説明したものの、理屈を追った説明はあきらめたようだ。また、「熱塩循環」という用語はあまり適切でないとして、「子午面循環」をおもてに出している。【しかし子午面循環は形の形容であって原因を指定する「熱塩循環」とは意味の広がりがちがう。また、子午面循環と、Broeckerのいう「コンベアベルト」と、Schmitzのいう「南極オーバーターン」というちがった描像を並列に示しているが、その相互関係がよくわからないと思う。しかしわたしにもこれよりうまく説明できそうもない。】

最近の研究からは、10年以上へだてた観測を比較することによって太平洋深層の水温の上昇が見られ、それをシミュレーションとつきあわせてその原因が南極大陸付近の表層にあるとわかった、という話題がある。(ただし、だれの研究か、論文がどこに出版されたかなどの情報はない。本書の参考文献リストでは専門的文献は図を引用したものに限ったからだ。)

第6章は波の話。ふつうの風波の発生のしくみが「厳密にはまだわかっていない」とある。これは何もわかっていないという意味ではなく、わかっている範囲のことが説明されている。危険な「一発大波」(英語ではfreak wave, rogue wave)もあるのだが予測はむずかしい。

第7章は潮汐の話。よく見える実例として厳島神社をあげるところから始め、起潮力や潮汐波の理屈、湾の固有振動と潮汐が共鳴する話、鳴門の渦潮ができるしくみ(潮汐波が伝播し、潮位差ができ、流れができる)。

第8章は「エルニーニョ現象」について。本来のペルーのローカルな「エルニーニョ」と区別して(本書では)「現象」をつけて呼んでいる。エルニーニョ現象は大気海洋相互作用によって起こる。エルニーニョ現象に関連する大気の現象として、マッデン・ジュリアン振動、PNA (Pacific North American)やPJ (Pacific Japan)のテレコネクション、エルニーニョ現象の「なかまたち」として、「エルニーニョもどき」と「インド洋ダイポール現象」も紹介している。

第9章は、「凍る海」。北極海、南極海、オホーツク海についてそれぞれ新しい研究の紹介を含めて述べている。南極大陸のまわりの海をどう呼ぶかは著者によって一定しないが、本書は「南極海」としている。オホーツク海は凍る海のうちでいちばん低緯度にあるところだ。海氷ができるところは、塩分の濃い水がつくられて深く沈むところでもある。北極海、南極海、オホーツク海で沈んだ水が、それぞれ、北大西洋深層水、南極底層水、北太平洋中層水のもとになっている。

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

== 目次 ==
まえがき
目次
第1章 海洋、その面白さと重要性
– 海洋研究の面白さ
– わかっていないことだらけの海洋
– 気候と海洋
– 海と空しかない世界
– 日本国としての海の重要さ
– – 1. 地理的条件
– – 2. 防衛
– – 3. 海運
– – 4. 水産
– – 5. 海洋資源
– – 6. 観光・レジャー
– – 7. 海からの災害
– 日本における海洋教育
第2章 海を調べる
– 海洋観測の歴史 (1) 大航海時代まで
– 海洋観測の歴史 (2) 近代海洋学の始まり
– – 1, チャレンジャー号航海 (1872~1876年)
– – 2. フラム号航海 (1893~1896年)
– – 3. メテオール号航海 (1925~1927年)
– 海洋観測の歴史 83) 第二次大戦後~1980年
– 海洋観測の歴史 (4) 1980年~genzai
– 海洋観測のデザイン
– 海洋観測船とは
– CTD・採水観測
– 航路に沿った連続観測
– 係留観測
– 漂流物による観測
– 人工衛星による観測
第3章 海水の性質
– 水分子の構造
– いろいろなものを溶かす
– 氷が水に浮く
– 常温で液体である
– 大きな比熱
– 大きな潜熱
– 密度が最大となる温度と結氷温度
– 大きな表面張力
– 海水のpHと海洋酸性化
– 光は通しにくいが音波は通す
– 海水によって生じる圧力
– 海水の温度
– 海水の塩分
– 海水の密度
– 海水のその他のパラメータ
第4章 海の姿が明らかになってきた
– 世界の主な海と海底の構造
– 海洋の温度と塩分の分布
– 海洋の鉛直構造と水塊
– 世界の主な海流の分布
– 日本近海の海流分布
– – 1. 黒潮
– – 2. 対馬暖流
– – 3. 親潮
– – 4. 混合域の気候へのインパクト
– 海洋の渦
第5章 海洋大循環はなぜ起こるか
– 地球の熱バランスと海洋を動かすもの
– – 1. 風による効果
– – 2. 海水の密度差による効果
– まずはニュートン力学
– 圧力傾度力について
– コリオリ力とは — 北極点で観測した場合
– コリオリ力とは — 他の場所で観測した場合
– 海水の粘性
– 地衡流
– 風が吹くと海の流れはどうなるか
– 風成循環とストンメルの理論
– 渦度・ロスビー波と西岸境界流
– 深層水の形成と子午面循環
– ブロッカーの海のコンベアベルト
– 南極オーバーターン
– 深層水の変化
第6章 海の波の不思議
– 波とは?
– 波の群れ
– 水深による波の分類
– 実際の波
– 波の観測と友義波高
– 船を沈める巨大な波
– 風波の形成と発達
– 海岸での砕波
– 岸近くでの波の屈折
– 岸から沖に向かう離岸流
– 津波とは
– – 1. 発生メカニズム
– – 2. 津波の伝播と沿岸での振る舞い
– 海の中にも波がある
第7章 潮汐とそのメカニズム
– 潮位の変化
– 起潮力とは
– さまざまな周期の分離
– 潮汐波と潮位振動
– 湾内での潮汐振幅の増幅
– 鳴門の渦潮
第8章 エルニーニョ現象とその仲間たち
– 熱帯太平洋の海洋・大気
– エルニーニョとエルニーニョ現象
– エルニーニョ現象の定義
– 南方振動
– 大気海洋相互作用
– 西風バーストとマッデン・ジュリアン振動
– エルニーニョ現象の影響
– エルニーニョ現象の予測
– エルニーニョもどき
– インド洋ダイポールモード現象
第9章 凍る海
– 北極海 — 地球温暖化の影響を受けやすい場所
– – 1. なぜ北極が注目されるか
– – 2. 北極海の構造や海洋循環
– – 3. 北極海の氷とその変化
– – 4. 北極海の観測
– 南極海 — 海洋大循環の起点
– – 1. 南極海の構造と海洋循環
– – 2. 南極底層水の形成
– – 3. 南極海の変化
– オホーツク海 — 海氷が作られる北半球で最も南の海
– – 1. オホーツク海とはどんな海?
– – 2. オホーツク海の循環
– – 3. 海氷の南限
– – 4. 北太平洋で作られる最も重い海水 — 北太平洋中層水
参考文献
さくいん

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