海の水は塩辛い。けれども、海ならどこでも同じ濃さとは限りません。雨が多い海、蒸発が盛んな海、川の水が流れ込む場所では、表面の塩分に違いが生じます。「暑い海ほど濃い」と一つの条件だけで決めると、雨の多い熱帯の海を説明できなくなります。
まず考えたいのは、塩類が増えたのか、それとも水の量が変わったのかです。塩類の量が同じでも、水が出ていけば濃くなり、水が加われば薄くなります。海の話を、容器の中の水の出入りまで小さくして考えてみましょう。
海水と、水蒸気は同じ中身ではない
海水が蒸発するとき、溶けている塩類まで同じ割合で水蒸気になるわけではありません。単純な模型では、水だけが出ていき、塩類は容器に残ると考えます。そのため、残った液全体の重さは減り、塩類の割合は上がります。
ただし、海水そのもののしぶきが飛び出す場合とは分けます。しぶきは液体の小さな粒なので、溶けた塩類も含みます。資料の矢印に「蒸発」とあるのか「海水が流出」とあるのかで、塩類の量を一定にしてよいかが変わります。
実際の海水には食塩だけでなく複数の塩類が含まれ、海洋観測では専用の塩分の表し方も使われます。以下の例題では、計算の条件を明確にするため、溶けた塩類の重さが液全体に占める割合を百分率で扱います。観測資料の塩分値を、単位も見ずに％へ置き換えないでください。
雨が加わると、何が増える？
雨を真水とみなす模型では、水の量が増えます。塩類が消えるわけではありません。例えば、塩類6gを含む液が200gから300gになれば、割合は3％から2％に下がります。6gはそのまま残っています。
ここで「薄くなったから、塩が減った」と書くと、物質の量と濃度が混ざっています。塩類の重さを一行、液全体の重さをもう一行に書いてみてください。上の行は変わらず、下の行だけが増えたことが見えるはずです。
川の水も、海水より塩分が低いため、河口の表面付近を薄める要因になります。ただし川の水が常に完全な純水という意味ではありません。例題で「真水」と指定するのは、計算に必要な簡略化であり、自然の水の成分を全部省略できるという宣言ではありません。
例題1｜同じ海水を二つに分けたあと
塩類を重さで3％含む液を、AとBにそれぞれ200gずつ入れました。Aでは水だけが50g蒸発し、Bには真水50gを加えました。液がこぼれず、塩類が結晶として出てくることもないとします。AとBの濃さはそれぞれ何％ですか。
答え・解説： 初めの塩類は、どちらも200×0.03＝6gです。Aは液全体が200−50＝150gなので、6÷150×100＝4％。Bは200＋50＝250gなので、6÷250×100＝2.4％です。
同じ50gでも、出ていく場合と入ってくる場合では逆向きに変化します。また、3％から増減する幅も同じではありません。分母が150gになる場合と250gになる場合だからです。「水が25％減ったので、濃度も25％増える」と割合同士を直接足さないようにします。
暑さだけで、海域を順位付けしない
気象庁は、海面の塩分が降水で低くなり、蒸発で高くなることを説明しています。蒸発が多くても、それ以上に雨や川の水が加わるなら、同じ結論にはなりません。さらに、海流によって違う塩分の水が運ばれてきたり、下の水と混ざったりします。
容器の模型は、一つの要因を切り離すために便利です。しかし、その模型だけで世界中の海の塩分を当てられるわけではありません。入試で降水量と蒸発量の両方の表が与えられたら、片方だけ丸暗記した傾向で処理せず、差を比べましょう。
例題2｜雨と蒸発の、差を使って戻す
塩類3％の液1000gが入った容器があります。水だけが100g蒸発したあと、真水40gが入りました。他の出入りはありません。最初と同じ3％に戻すには、さらに真水を何g加えればよいですか。
答え・解説： 塩類は初めから30gです。途中の液全体は1000−100＋40＝940g。30gを3％にする液全体の重さは30÷0.03＝1000gなので、1000−940＝60gを加えます。
途中の濃度を割り切れない小数で求める必要はありません。変わらない塩類30gと、最後に必要な液1000gを押さえれば解けます。また、100g出て40g戻ったのだから、足りない水は60g、と水の収支から確かめられます。二通りの見方が一致するのが検算です。
地図でも、容器でも、境界を決める
海の表面の一部分を見ているのか、海全体を見ているのかで、水の出入りの扱いは変わります。ある場所で蒸発した水が別の場所に雨として降ることもあります。「この海域で薄まる」と「地球の海が一方的に薄まる」は別の主張です。
解答では、「雨によって塩類が消えた」ではなく、「塩類に対して水の量が増えたため」と書けるようにしましょう。物質の重さと割合を分ける習慣は、食塩水の計算を自然現象の説明へつなげてくれます。
割合の基準は食塩水の濃度の求め方、蒸発した水を集める操作は食塩水から水を取り出すには？と関連します。