水循環 3D ジオラマ · WaterCycle

地球上の水

地球の水の大部分は海水で、全体の約 96.5% を占めます。陸上の氷河・地下水・湖・河川、大気中の水蒸気、生物の体内の水を合わせても約 3.5% にすぎません。

淡水は約 2.5% しかなく、その 7 割近くは極地や高山の氷河です。人が利用しやすい河川水・淡水湖の水・浅い地下水は、淡水全体の 0.3% にも満たないのです。

右の水体をクリックすると、ジオラマ上でその場所が示されます。各水体の更新周期を比べてみましょう。大気中の水は約 8 日で入れ替わりますが、地下水は千年以上かかります。

水の三態変化

水は固体（氷・雪）・液体（水）・気体（水蒸気）のあいだで絶えず姿を変えます。水循環はこの状態変化によって動いています。

海面や湖面の水は太陽放射の熱を吸収して気化し、水蒸気になります。水蒸気は上昇して冷やされると凝縮して雲の小さな水滴になり、さらに冷たい上空では直接昇華（凝華）して氷晶になります。冬は山に雪が降り積もり、春から夏には積雪や氷河が融解して、融け水が川に流れ込みます。

夏 / 冬を切り替えて雪線の上下を確かめ、「地球温暖化」を動かして氷河や積雪の変化を観察しましょう。

海陸間循環

海陸間循環は海と陸のあいだで起こる、最も重要な水循環です。陸上の水を絶えず補給し、水資源を再生させます。

① 蒸発 → ② 水蒸気の輸送 → ③ 降水 → ④ 地表流出 / ⑤ 浸透 → ⑥ 地下水流出 → 海

下のステップを順にクリックするか、ステップ再生で自動再生します。浸透と地下水流出は地下で起こるので、ジオラマ手前の断面を見てください。雨水は土壌を通って地下水面に達し、透水層の中をゆっくり海へ流れていきます。

3 種類の水循環

起こる範囲によって、水循環は 3 種類に分けられます。ジオラマでは色で区別しています。

海洋内循環：海水が蒸発し、海の上空で凝結して再び海に降る循環。動く水の量が最も多い。

海陸間循環：海と陸のあいだの循環で、陸上の水を絶えず補給・更新する。

陸地内循環：陸上の水が蒸発や植物の蒸散で大気に入り、再び陸に降る循環。山の向こうの内陸盆地は内陸流域で、内陸河川は内陸湖に注ぎ、湖の水は蒸発によってしか出ていけない。動く水の量は最も少ない。

浸透と地表流出

地面に落ちた雨の行き先は 3 つです。植物に遮断されて蒸発するか、土壌に浸透するか、地表流出になるかです。浸透が多いほど地表流出は少なくなり、地下水への涵養が増えます。

浸透に影響する主な要因：

· 降雨強度：雨が激しいほど、しみ込みきれない水が増える· 傾斜：斜面が急なほど水が速く流れ、浸透が減る· 植生：根や落ち葉の層が土をやわらかくし、浸透が増える· 土壌の性質：砂は粒の間のすき間が大きく速くしみ込み、粘土はしみ込みにくい· 地面の舗装：コンクリートやアスファルトはほとんど水を通さない

パラメーターを調整してから豪雨を降らせるを押し、右の配分とハイドログラフを比べましょう。

水循環の地理的な意義

水循環は大気圏・水圏・岩石圏・生物圏を結びつけています。

① 地球全体の水量の動的なバランスを保つ：海から蒸発した水は、降水と流出によって再び海に戻る。

② 物質の移動とエネルギーの交換：川は土砂や溶けた物質を陸から海へ運ぶ。水蒸気は蒸発するときに熱を吸収し、凝結するときに熱を放出して、低緯度の熱を高緯度へ運び、緯度による熱収支の不均衡をやわらげる。

③ 地表の形をつくる：流水は上流で V 字谷を侵食し、下流や河口で沖積平野や三角州をつくる。

④ 水資源を絶えず更新する：使われた淡水は、水循環によって補給される。

都市化とスポンジシティ

都市が広がると、農地や緑地は建物・コンクリート・アスファルトに変わります。雨水の浸透が減り、地表流出が増え、排水管を通って一気に川へ流れ込みます。

· 洪水のピーク流量が大きくなり、ピークが早く来るため、都市型水害が起こりやすい· 地下水が涵養されず、渇水期の川の流量が減る· 蒸発・蒸散が減り、都市はより暑く乾燥する

スポンジシティは透水性舗装、屋上緑化、窪地型の緑地、レインガーデンを使い、都市がスポンジのように水を「吸い、蓄え、しみ込ませ、浄化し」、必要なときに蓄えた水を「放出」できるようにします。

舗装率を動かし、スポンジシティをオンにしてから豪雨を降らせ、ハイドログラフを比べましょう。

人間活動の影響

人間活動が最も大きく影響するのは地表流出で、浸透・蒸発・降水にも影響を与えます。

· ダムの建設：洪水をため、渇水期に放流してピークを削り、渇水を補う。湖面が広がり蒸発も増える· 流域間導水（中国の南水北調など）：地表流出の空間的な分布を変える· 植林：浸透と蒸散が増え、地表流出と土壌侵食が減る· 地下水の過剰なくみ上げ：地下水位の降下漏斗（コーン）ができ、地盤沈下や、沿岸部では海水の侵入を引き起こす· 人工降雨：雲に触媒をまいて水蒸気の凝結と降水をうながす

水収支

長い年月で平均すると、地球の水収支はつり合っています。

海：降水 + 海への流出 = 蒸発陸：降水 = 蒸発 + 流出

海から蒸発する水は海に降る水より多く、その差は水蒸気として陸に運ばれ、陸から海へ流れ出る流出量と等しくなります。

ある流域について、一定期間では：

P = E + R + ΔS

P は降水、E は蒸発（蒸散を含む）、R は流出、ΔS は流域の貯留量の変化です。長年の平均では ΔS ≈ 0。内陸流域からは流出がないので、降水は最終的にすべて蒸発します：P ≈ E。

確認テスト

ジオラマの矢印はアルファベットに替わりました。図を読んで答えると、解説が表示されます。

自由探究

すべてのパラメーターを操作できます。条件を組み合わせて、水循環の各過程がどう変わるか観察しましょう。

· 強い海風 + 夏：風上斜面で豪雨、川の水量が多い· 冬：山に雪が積もり、川は地下水で養われる· 森林破壊 + 高い舗装率 + 豪雨：洪水のピークが急上昇· 地球温暖化：雪線が上がり、氷河が後退する