「二酸化炭素が増えると、地球が暖かくなる」。この説明を覚えていても、図に矢印を書こうとすると手が止まることがあります。太陽から地球へ来るものと、地表から外へ出ていくものを、同じ一本の矢印で済ませてしまうからです。温室効果を考えるときは、まず出発点の違う二つの経路を分けましょう。
太陽から届く放射の一部は、地表に吸収されて地表を暖めます。一方、地表も温度をもつ物体として赤外線を出しています。温室効果をもつ気体は、その赤外線の一部を吸収し、自らも放射します。地表へ向かう放射もあるため、大気がない場合と同じようには熱が外へ逃げません。ここを「宇宙へまったく出ていかない」と言い切ると、しくみが変わってしまいます。
入ってくる光と、出ていく赤外線は同じではない
太陽の光にはさまざまな波長が含まれます。地表が出す放射は主に赤外線です。大気が放射をどれだけ吸収するかは、波長によって異なります。「光を通すなら、地表の熱も全部通すはず」とは言えません。見える光が通ることと、目に見えない赤外線が通ることを、同じ性質として扱わないようにします。
問題の図に太陽、地面、大気、宇宙があれば、矢印の始まりに印をつけます。太陽を出発する矢印なのか、地表を出発する矢印なのか、大気を出発する矢印なのか。それだけで、何を説明する線なのかが整理できます。色分けされている場合も、色の意味を凡例で確かめてください。矢印が上向きだから、すべて同じ種類の放射とは限りません。
大気は、赤外線をはね返す鏡ではない
温室効果を「熱を反射する壁」と表現すると分かりやすく感じますが、吸収して放射することと、鏡のように反射することは別です。大気中の気体は赤外線を吸収し、さまざまな方向へ放射します。そのうち下向きの分が、地表の受け取るエネルギーに加わります。
また、名前に温室と入っていても、地球の上にガラスの屋根があるわけではありません。実際の園芸用の温室では、空気の出入りを抑えることも温度に関係します。名前が同じだから、ガラスの箱の実験と大気の働きが完全に同じだ、と考えないことが大切です。比喩は入口になりますが、答えの根拠は図と条件に戻して確認します。
夜でも地表と大気のやり取りは続く
夜になって太陽の光が直接届かなくなっても、地表の赤外線はなくなりません。大気から地表への放射もあります。そのため、「温室効果があるなら、夜も絶対に冷えない」という結論にはなりません。受け取る量と失う量の差によって、温度がどう変わるかを考えます。
二酸化炭素だけが関わるわけでもなく、水蒸気なども温室効果をもつ気体です。自然の温室効果は地球の温度を考えるうえで重要な働きです。その働きがあることと、人間活動によってその強さが変わることは、別の段階の話として整理します。ここでは特定の年の濃度や将来の温度を暗記するより、出入りのしくみを正しく説明することを目標にします。
例題1｜どの矢印が、温室効果の説明になる？
図のAは太陽から地表へ届く放射、Bは地表から出る赤外線、Cは大気から地表へ向かう赤外線です。「大気中の気体が、地表の放射の一部を吸収する」という説明に対応するのは、AとBのどちらでしょうか。また、地表が大気から受け取る放射はどれですか。
答え・解説： 吸収される地表からの放射はB、地表が大気から受け取る放射はCです。太陽から直接来るAと、大気から来るCを区別します。どちらも地表へ向かっていても、出発した場所が違います。「地表へ向かう矢印を全部、太陽光と呼ぶ」という読み違いを防ぎましょう。
例題2｜出入りがつり合わないと、どうなる？
考え方を確かめる模型です。ある面が一定時間に受け取るエネルギーを100、失うエネルギーを90とします。ほかの出入りや状態変化はないものとすると、その面にはいくつ分が残りますか。また、温度が何度上がるかまで求められますか。
答え・解説： 100−90＝10だけエネルギーが増えます。ただし、この数字だけでは温度が何度上がるかは分かりません。物の量や温まりやすさなどの条件が必要です。これは実際の地球の数値ではなく、収支を読むための設定です。地球全体の出入りと、地表だけの出入りも混ぜないようにしてください。
図に描いていない経路まで、なくなったと思わない
実際の地表と大気の間には、放射だけでなく、空気の動きや水の蒸発などを通じたエネルギーの移動もあります。温室効果の図は、そのうち放射の関係に注目した模型です。簡単な図ほど、何を省略しているかを押さえる必要があります。
説明を書くなら、「熱が閉じ込められる」の一言を、もう一段具体的にします。「地表の赤外線の一部を大気が吸収し、大気から地表へも放射がある」。この順番で書けば、完全に密閉されるという誤解を避けられます。原因と結果をつなぐ途中の動作を、省略しない。その練習が、長い記述問題でも役に立ちます。
放射そのものは真空でも熱が伝わる記事で、水の移動を伴う熱の伝わり方は水の対流の記事で整理できます。