池の水の酸素を調べた表に、8mg/Lと80％という二つの数値が並んでいました。どちらも酸素の状態を示しますが、同じ意味ではありません。前者は水1L当たりの酸素の重さ、後者はその条件での飽和濃度を基準にした割合です。
中学入試の資料では、割合の大きい池が、酸素の濃度も高いとは限りません。水温や気圧、塩分によって基準となる濃度が変わるからです。まず「何mgあるか」と「基準に対して何％か」を別の列へ整理し、分母が同じかどうかを見ます。
飽和度100％は、水の100％が酸素という意味ではない
飽和度は、測った濃度÷その条件の飽和濃度×100で求めます。水と空気の間で酸素がつり合った状態を基準にした数値で、酸素の体積が水全体に占める割合ではありません。100％という大きな数字でも、水の主成分は水のままです。
同じ気圧や塩分なら、一般に冷たい水の方が酸素の飽和濃度は高くなります。したがって100％の冷たい水と100％の温かい水は、1Lに含む酸素の重さが違います。基準表には温度だけでなく、どの圧力や塩分での値かが添えられているかを確かめます。
大小関係が逆転しても、矛盾ではない
Aの飽和濃度が10mg/Lで実測8mg/Lなら80％です。Bの飽和濃度が8mg/Lで実測7.2mg/Lなら90％です。割合ではBが上ですが、濃度ではAが上です。同じ定員に対する席の埋まり方ではなく、定員そのものが異なる比較だと考えると分かりやすくなります。
魚が利用する酸素を考える際も、飽和度だけで「こちらが必ず暮らしやすい」と判定してはいけません。温度や魚の種類など、呼吸に関わる条件も違い得ます。資料が与えている濃度の比較と、生物に及ぼす影響の推定を一段ずつ分けましょう。
100％を超えたら、ただちに測定ミスか
自然の水では、光合成や気泡などの影響により、その場の空気との平衡を基準に100％を超えることもあります。飽和濃度を「どんな経路でも絶対に超えられない上限」と理解すると、この観測を説明できなくなります。
一方で、測定値が高いというだけで光合成の量まで分かるわけではありません。水の流入や温度変化も確認が必要です。昼に高く夜に低い記録なら、生物の活動が関係した可能性はありますが、一回の測定だけで原因を一つに決めることはできません。
例題1｜高い割合と高い濃度を選ぶ
比較用の表で、Aは飽和濃度10mg/L・実測8mg/L、Bは飽和濃度8mg/L・実測7.2mg/Lでした。それぞれの飽和度を求め、濃度が高い方と飽和度が高い方を答えてください。表の値は計算用の設定です。
答え・解説： Aは8÷10×100＝80％、Bは7.2÷8×100＝90％です。濃度はA、飽和度はBが高くなります。両者の分母を10にそろえてしまうと、Bの条件に合わない割合になります。水温などに応じた分母を行ごとに読みます。
例題2｜同じ酸素量のまま水温だけ変わった模型
水の体積と溶けた酸素の量が変わらない短い時間を考えます。酸素濃度6mg/Lの水で、温度変化により飽和濃度が10mg/Lから8mg/Lへ変わりました。飽和度は何％から何％になりましたか。酸素が増えたと言えますか。
答え・解説： 初めは6÷10×100＝60％、後は6÷8×100＝75％です。増えたのは飽和度で、酸素の量ではありません。分母が小さくなったためです。実際に長時間置けば気体の出入りなどが起き得るので、この答えは量を一定とした模型の条件に限ります。
全体の量を問われたら、もう一度体積へ戻す
8mg/Lの水が2Lあれば酸素は16mgです。7.2mg/Lでも3Lあれば21.6mgです。濃度が高いAの水の方が、容器全体でも酸素が多いとは限りません。濃度、飽和度、全体量の三つを、それぞれの単位と分母で区別します。
測定場所にも注意が必要です。水面付近の一つの値が、深い底の水を代表するとは限りません。採水深や時刻が違う記録なら、その違いを残して比較します。百分率の順位だけで話を終えず、基準濃度と実測濃度を並べて説明することが、酸素の資料を正確に読む基本です。
単位を読めば、体積百分率との混同を防げる
mg/Lのmgは酸素の質量、Lは水の体積です。空気の酸素が約21％という体積割合とは、分母も分子も異なります。水の飽和度80％を、空気の酸素21％より濃いと比べる計算には意味がありません。どちらも百分率という外見だけで同じ尺度に置かないようにします。表を写すときは、飽和度の列の下に「その条件の飽和濃度＝100」、濃度の列の下に「水1L当たり」と書き添えると、数字が離れていても対応を保てます。水が100％の酸素になった、という不自然な解釈に気づけるのは、量の単位を最後まで残したときです。さらに同じ水温でも塩分が違えば基準値は変わるため、海水用の表と淡水用の表を入れ替えて使わないようにしてください。