中学受験理科｜河口の底を海水がさかのぼる？｜塩水くさびと上下の流れ

川は海へ流れているのに、河口の底近くには海の水が入り込むことがあります。川の水と海水の密度差が大きく、上下が強く混ざらない条件では、密度の大きい海水が下側へくさびのように入り込みます。表面の流れだけで、水全体がどちらへ動くかを決めないことが大切です。

中学入試の河口の資料では、地図の上から見た流れと、横から見た上下の層を分けて読みます。塩分を測る深さが変わると、同じ地点でも結果が違います。川幅の真ん中で採ったという説明だけでは、水の性質を比べる条件が十分ではありません。

上の淡水と下の海水を断面図にする

塩水くさびの模式図では、川側から海側へ流れる上の層と、下へ入り込む塩分の高い層を分けます。二つの境は、いつでも完全にはっきりした面になるわけではありません。現実には混合の程度が場所や時間で変わり、もっと均一に混ざる河口もあります。

ここでは同じ温度なら、塩分の高い海水の方が淡水より密度が大きいという関係を使います。海水だから下へ入るという名称だけでなく、密度の違いが層の配置に関係していると説明しましょう。ただし、配置が分かっても流れの速さが自動的に決まるわけではありません。

塩水くさびの模式図。すべての河口が二層になるわけではない。

表面で塩分がほぼゼロでも、底に近い場所では高いことがあります。逆に、底の値を河口全体の平均として使うこともできません。層ごとの体積が与えられるなら、各層に含まれる塩の量へ直して合計し、全水量で割ります。濃さの単純平均は、量が等しい場合にしか使えません。

潮の状態や川の流量が変われば、塩水の入り込む範囲も変わり得ます。一回の断面図を固定した地形のように覚えず、観測した日時と流量の条件を確認します。海から何kmだから必ず淡水という判断を、地点の名前だけで行わないでください。

模型の容器には上層の水60Lと下層の水40Lがあります。上層に塩は含まれず、下層の塩の濃度は20g/Lです。塩と水の出入りはなく、混ぜた後の体積は100Lとします。全体を十分混ぜた後の濃度を求めてください。

答え・解説： 塩は下層の20×40＝800gだけです。800÷100＝8g/Lとなります。0と20の単純平均の10g/Lでは、上層が多いことを無視しています。混ぜる前は場所によって違った濃度が、模型では混ぜた後に8g/Lへそろいますが、塩の総量は増減しません。

同じ河口の表面では、朝も昼も海へ向かう流れが記録されました。底の塩分や流速は測っていません。この結果から「底を含めて海水は川側へ一切入っていない」と結論してよいでしょうか。確かめるには、どんな記録を追加しますか。

答え・解説： 結論できません。表面の流向は底の流向や塩分を直接示さないからです。複数の深さで塩分と流れを測り、潮の時刻や川の流量も合わせて比較する記録が役立ちます。「底に海水が必ずある」と逆の断定へ飛ぶのも誤りで、現時点では未確認です。

ある深さで塩分が高いと分かれば、海水の影響を受けているという手掛かりになります。しかし、その瞬間に必ず川側へ流れているとは限りません。すでに入り込んだ水が残っている場合もあり、流向には流速計など別の記録が必要です。濃度から流れを推測する場合と、直接測った場合を区別します。

河口付近の生物についても、表面だけの塩分を使って全生物の環境を説明しないようにします。底にいる生物と表層にいる生物では、接する水が違う可能性があります。生物の分布と水の採取深さを対応させると、地学と生物の資料をつなげて読めます。

川から海への矢印を一本描くだけでは、上下の違いが隠れます。流れる向きの図と、深さごとの濃さの表を並べ、まだ測っていない範囲を残す。それが河口の断面資料を読む基本です。

表層と底層から同量ずつ採って混ぜた試料は、二地点を同じ重みで平均した試料になります。河口全体で上層の体積が大きければ、全体の塩分を表す平均とは一致しません。採水量を同じにしたことと、水域の実際の体積を代表したことは別です。何の平均を測りたい調査かを確認しましょう。

塩水くさびの先端の位置を時刻ごとに描く場合も、ある濃度以上を海水の影響とみなすなど、境界を決める基準が必要です。少しでも塩が検出された位置と、高い塩分の層が明確にある位置では、長さが変わる可能性があります。境界の線がきれいに描かれた図ほど、その定義を読みます。

上流の雨の後に川の流量が増えた資料では、河口に変化が届くまでの時間差もあります。雨の時刻と河口で採水した時刻が同じというだけで、因果の関係が確かめられたとは言えません。場所、深さ、時間の三つを観測表に残すと、上下の水の性質を公平に比較しやすくなります。