海水科学: キッチンでの海流のモデル化

Science Buddies による海洋科学の研究

主要な概念海流流体密度塩分移動熱導入世界の海洋には波の下で、ある大陸の沖合から別の大陸の沖合に大量の暖かい水または冷たい水を移動させる流れがあります。 これらの海流は大陸の気候、特に海洋に隣接する地域に重大な影響を与えます。 たとえば、メキシコ湾流（メキシコ湾から北大西洋に流れ込む暖流）の影響で、北西ヨーロッパは通常よりもはるかに暖かくなる可能性があります。 これらの重要な電流が何が原因で発生するのか疑問に思ったことはありますか? この科学アクティビティでは、海の中の暖水と冷水からなる「川」の挙動をモデル化し、温度が流れの方向と速度にどのような影響を与えるかを調べます。背景海流は、天候や気候、海上輸送、栄養素の循環に大きな影響を与えます。 海洋深層流は水の密度の違いによって動かされ、密度は温度（冷水は温水より密度が高い）と塩分（塩分濃度は淡水より密度が高い）によって制御されます。 海洋水の密度の変化はどのようにして地球規模の流れを生み出すのでしょうか? 深層海流を理解するには、まず地球の極地域に注目するのが最も簡単です。 これらの領域に流入する水は冷たくなり、密度が増加します。 水が凍ると氷が形成されるため、淡水が海から除去され（氷になり）、海水の塩分が増加します。 冷たい水は、温度が低くなり塩分が追加されたため密度が高くなり、海底に向かって沈みます。 その後、地表水が移動して沈下水と入れ替わり、流れが生じます。 北大西洋で濃水が形成され、沈み、南に移動し、南極の周りを循環し、その後インド、太平洋、大西洋盆地に北上するとき、地球規模の「コンベヤーベルト」が動き始めます。 このベルトコンベアは大量の水を運びます。アマゾン川の約 100 倍の水を運ぶ巨大な循環パターンです。 海流は温度と塩分に依存して動きますが、このアクティビティでは、温度だけで液体内にどのように流れが生じるかを学びます。材料

観察と結果乾燥したタイムの葉が炎の上にあると素早く上向きに動き、次に横に水平に移動してゆっくりと下に落ちるのが見えましたか? 暖かい流体は冷たい流体よりも密度が低いため、このアクティビティでは、炎のすぐ上で加熱された流体は、炎から遠い流体よりも密度が低くなければなりません。 したがって、炎のすぐ上の密度の低い流体は上方に移動するはずです。 表面に到達すると、水平外側に (全方向に対称に) 移動するはずです。 炎から遠ざかって冷えるにつれて、密度が高くなった流体は速度を落とし、下に沈んでいきます。 同時に、炎のすぐ上の流体が上向きに移動する一方で、皿の底にある近くの流体が炎に向かって内側に移動して、上昇する流体と入れ替わり、こうして流れが生じます。 このアクティビティでは、乾燥したタイムの葉の動きを観察して、このパターンを観察する必要がありました。 密度の低い物質が上昇し、密度の高い物質が沈むことによって生じる流体内のこの動きは対流と呼ばれ、海流の全球的な「コンベヤー ベルト」の基礎となります。 世界中の多くの水がこの方法で移動していますが、地球規模のベルトコンベアは水の移動速度が遅く、せいぜい毎秒 10 センチメートルであるため、北大西洋から北太平洋に水が到達するまでに約 1,000 年かかることがあります。 しかし、ベルトコンベアの循環の変化による影響は、より迅速に感じられます。掃除油汚れがついた場合は、ぬるま湯と石鹸で洗い流してください。 このアクティビティで作った植物油と乾燥タイムの葉の混合物は、堆肥にするかゴミとして処分できます (ただし、排水溝に流さないでください)。