海面が25℃、深い海が5℃。この二つの値だけを見て、途中の温度を一本の直線で結んでよいでしょうか。海の水温は、深くなるにつれていつも同じ割合で下がるわけではありません。比較的よく混ざった表面付近の層と、その下で水温が大きく変わる層など、深さによって変化の仕方が異なります。
水温が深さに対して急に変化する層を、水温躍層と呼びます。難しそうな言葉ですが、資料を読むときに大事なのは「温度差が最大の二地点」を見つけることではありません。同じ深さの差で比べたとき、どこが大きく変わるかです。
温度差を、その区間の厚さと組にする
100mの区間で5℃下がった場合と、1000mの区間で10℃下がった場合を考えます。温度差だけなら後者の方が大きいのですが、100mあたりに直すと前者は5℃、後者は1℃です。平均的な変化が急なのは前者になります。
ここで計算しているのは、区間の両端を使った平均です。その区間のどの場所でも同じ割合で冷えていることまで証明したわけではありません。もっと細かい深さの記録があれば、薄い範囲に変化が集中していると分かる場合もあります。表の間隔が粗いときは、分かる細かさにも限界があるのです。
図は説明用に作った架空の水温断面です。横方向が水温、縦方向が深さで、下へ行くほど深くなります。普段の折れ線グラフと違って、縦軸は時間ではありません。線が横へ大きく移る区間と、そのとき下へ進む深さを組にして読みます。
海全体に、同じ深さの境目があるわけではない
表面付近の水は風や波などで混ざり、太陽からも熱を受けます。深い水との温度の違いは、場所や季節によって変わります。水温躍層が常にどの海でも同じ深さに、同じ厚さであると覚えるのではなく、示された観測記録から確かめます。
水温の境目を、海底や動かない板のように描くのも適切ではありません。そこは水の性質の変化が大きい層であって、別の固体が仕切っているわけではないからです。温度が違う水の層を考えることと、二種類の液体が全く混ざらないと考えることも違います。
また、水温だけを見て酸素量や塩分まで決めないようにしましょう。水温は水の密度や混ざり方に関係しますが、塩分なども影響します。温度の図から読み取ったことと、ほかの測定が必要なことを分けると、海の資料問題を落ち着いて整理できます。
別の日の観測線を重ねる問題では、横軸と縦軸の目盛りが同じかも確かめます。横長に引き伸ばしたグラフは、同じ観測値でも温度変化が大きく見えます。見た目の線の角度を直接比べる前に、二つの点の温度差と深さの差を読み取ってください。グラフの紙面上の傾きと、実際の水温の変化率を切り分ける習慣が役立ちます。
例題1：一番大きな温度差を選べばよい？
架空の記録では、深さ0mで24℃、100mで22℃、300mで12℃、1300mで7℃でした。0〜100m、100〜300m、300〜1300mの三つの区間について、100mあたりの平均的な水温低下を求め、最も急に下がる区間を選んでください。
答え・解説： 最初は2℃、次は10÷2＝5℃、最後は5÷10＝0.5℃です。したがって100〜300mが最も急に下がっています。深さの差はそれぞれ100m、200m、1000mで異なります。温度差の2、10、5だけを比較するのではなく、同じ100mにそろえて比べます。最後の区間が一番厚いことは、変化が一番急という意味にはなりません。
例題2：途中の水温を決める条件
別の架空の表に、深さ100mで20℃、300mで10℃とだけ書かれています。200mでは必ず15℃といえるでしょうか。さらに「この区間では深さに対して水温が一定の割合で変化する」という条件を加えると、答えはどう変わりますか。
答え・解説： 両端の値だけでは必ず15℃とはいえません。途中の変化が均等か分からないためです。一定の割合という条件が加われば、200mは区間の中央なので、低下する10℃の半分だけ下がり、15℃になります。計算式が使えるかどうかは、数値がそろったことだけでなく、その間をどうつなぐ条件かによって決まります。
グラフの問題では、線が描かれていることに安心せず、縦横の意味を先に読みます。横軸が温度、縦軸が深さなら、時間と温度のグラフの読み方をそのまま移せません。「どれだけ深くなる間に、何℃変わるか」と言葉にしてから、数値を取り出してください。
海水の塩分と水の出入りと、水温計の読み方も、海水の性質と測定を考える際に役立ちます。