火山というと、高い円すい形の山を思い浮かべやすいものです。しかし、低い縁に囲まれた大きなくぼみを作る火山活動もあります。地下水とマグマが関わる爆発でできるマールは、その例です。くぼみに水がたまれば湖になることもありますが、火口の成り立ちと、その後の湖の水量変化は分けて考えます。
高い山がないことは火山でない証拠にならない
マールの成因には、地下水と高温のマグマの接触による爆発的な作用が関係します。ここでの地下水は、あとから火口へたまった湖水と同じ時点のものではありません。形成時の地中の出来事と、形成後の地表の水の出入りを、時間の違う二枚の図として描くと整理できます。
ただし、丸い湖を見つければ全部マールというわけではありません。湖のでき方にはさまざまなものがあります。周辺の地層、火山噴出物、地形などを調べて成因を考えます。形が似ているという観察と、同じ原因でできたという結論の間には、追加の証拠が必要です。
例題1 湖へ入る水と出る水
模型の火口湖の水面積を10000平方mで一定とします。一日で湖面に20mmの雨が降り、周囲から300立方mの水が入りました。同じ日に蒸発で100立方m、流出で250立方mが失われました。湖水の体積は何立方m増え、水位は何m上がりますか。
答え・解説： 雨の深さ20mm＝0.020mなので、湖面への雨は10000×0.020＝200立方mです。増加量は200＋300−100−250＝150立方mです。水位上昇は150÷10000＝0.015m、つまり15mmです。雨だけを見て水位が20mm上がると答えると、周囲からの流入や蒸発・流出を落としてしまいます。
周囲からの流入300立方mには、湖面へ直接降った雨200立方mを含めないという読み方です。同じ雨を二重に数えないように、矢印の出発点を区別します。流入が流域全体の雨から計算された値である場合は、湖面分が含まれるかどうかを、問題の定義で確認します。
例題2 水位低下は噴火の証拠か
別の模型の湖は水面積が5000平方mで一定です。ある期間、入る水の合計より出る水の合計が250立方m多くなりました。水位は何m低下しますか。また、この計算結果だけから火山活動が強まったと結論づけられますか。
答え・解説： 250÷5000＝0.05m、つまり5cm低下します。ただし、水位低下だけで火山活動の変化とは断定できません。雨が少なかった、蒸発が増えた、流出が変わったなど、水の収支でも説明できるからです。火山活動を判断するには、別の観測情報との照合が必要です。
火山に関係する湖だから、すべての変化を火山活動で説明するという読み方は避けます。地形を作った原因と、今日の水位を変える原因は同じとは限りません。ある場所の名前や分類が分かっても、その後の現象については観測の根拠を一つずつ確かめます。
面積一定という条件の意味
実際の湖では、岸が傾いていれば水位に応じて水面積も変わります。例題では計算を単純にするため一定としました。水位変化が大きい問題で面積の表が与えられたなら、その変化を無視しません。体積を面積で割る計算は、どの面積を使える条件かを確認してから行います。
また、雨量計で測る20mmは、特定の器に入った水の重さではなく、降った水の深さとして表した値です。面積が大きいほど、同じ20mmでも水の体積は増えます。mmをmへ直してから平方mを掛ければ立方mになります。単位の組み合わせを式の横へ書くと、千倍の取り違えを防げます。
水のないマールも考える
くぼみがあっても、水がたまるかどうかは、降水、蒸発、地下への浸透などの条件に左右されます。湖がないからマールではない、とは言えません。逆に湖があるだけで成因を決定できないことと合わせ、地形の分類と現在の水の有無を分けます。
入試で火口湖の資料が出たら、まず形成の説明と水収支の表を別々に読みます。形成は地形や地質の証拠、水量は入る量と出る量の差で考えます。物語のようにつながった文章でも、問いに必要な根拠は違います。名前の暗記だけに頼らず、矢印と単位を使って整理する練習になる題材です。
地下へしみ込む量が未知なら
湖の水位が分かり、雨、流入、蒸発、地表からの流出がすべて量れた場合、収支に合わない差から地下への正味の流出入を見積もることがあります。しかし、その差には各測定の誤差も含まれます。差があるから必ず新しい穴ができた、と原因まで特定することはできません。計算で残る量と、その量を生んだしくみを分けます。
湖岸がくぼんでいたり、複数の水面に分かれていたりすると、水面積の見積もりにも幅が出ます。面積を大きく見積もれば、同じ水位上昇から求める体積増加も大きくなります。どの測定が結果へ影響するかを考えると、面積一定という模型の便利さと限界の両方が分かります。
火口ができた直後の噴出物の図と、現在の水位の表を一枚にまとめる場合でも、年代や観測期間を明記します。過去の形成過程の証拠を、今日の湖水変化の直接原因として扱わないためです。
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