次世代小型エネルギーデバイス

発電反応膜マイクロ積層型 メタノール水/エタノール水燃料電池

地殻に存在する熱エネルギー源の地表放出

【太陽光と水】

地球上において地表付近の温度を決めているのは、太陽光量と水です。

1日のうちに朝・昼・夕・夜と日照(太陽光)の角度が変わるだけで数℃ずつ温度に変化が生じます。どの季節でも夜になれば昼より10℃近く気温が下がります。また、日本の真夏と真冬では日照時間に5時間の差があり、日照角度も違うため最高気温の差は25℃にもなります。それだけ太陽光の影響は大きいです。

それでは、太陽から届いているのは熱なのでしょうか?これは恐らく違います。熱が直接伝わっているのであれば、太陽に近づけば近づくほど熱くなるはずですが、太陽と地球の間は真空状態で熱を伝えるものが無いため、近づけば必ず熱くなるという事ではありません。

太陽からもたらされている熱源となるものは電磁波です。このうち主には赤外線(近赤外線~遠赤外線)がそれにあたります(図1)

図1 地球を暖めているのは電磁波

太陽光が物質に当たると分子運動を起こすエネルギーがもたらされ、その物質は熱を持ちます。この熱を持ちやすいか持ちにくいかは物質が持つ分子構造と比熱という性質により変わります。

夏場、晴天の昼下がりに地面のアスファルトを触ろうとしても触れないくらい熱くなっている時があります。この上を裸足で歩くことなどは出来ませんが、芝生の上はどうでしょうか?あるいは水たまりはどうでしょうか。同じように日照を受けていても物質によりそれぞれ温度が違うことが判ります。

道端の雑草でも良いですし、芝生でも良いですが、植物は日照を受けてもそこまで熱くなりません。それは内部に水を保持しているからです。

 

水は地表において最も大量に存在する物質の一つでありながら、比熱が非常に高いです。比熱が高いということは「温まりにくく、冷めにくい」性質を持っているということであり、【保温効果】があることを意味します。

地表に存在する物質に太陽光が当たり熱を持つと、どの物質でもその熱を大気中や、接触している他の物質に放出しようとします。

放出された熱が、そのまま大気から宇宙に向けて拡散・放熱されるかどうかは、大気の状態によって変わります。

夏場の強くて長い日照条件では、川や海も温められ、水が蒸発し水蒸気になります。水蒸気が大気中に増えていくことを湿度が高くなると言いますが、このように湿度が高い状態はいくらかの太陽光を吸収して更に熱を持ち上空へ上昇していきます。そのまま上空まで行くと冷やされて「雲」になります。

このようにして雲が出来上がると日光を遮り、地表や海面の温度上昇を妨げます。地球は太古の昔から、このような素晴らしいバランスでその温度を安定に保っています。

今度は冬場の弱くて短い日照条件を考えてみましょう。水が蒸発する機会が少ないため、湿度が低くなり乾燥します。乾燥するとどうなるのでしょうか?

冬場の気象予報では「放射冷却」という言葉をよく耳にします。これは乾燥した冬の夜に起こる現象で、日照のない乾燥した条件では地表の放熱が激しいということです。逆に冬の夜に雲が出ていると、そこまで寒くなりません。冬の夜に雲が出ている時と出ていない時の気温差は5~10℃も違います。

このように大気中の水蒸気濃度が高い場合や、雲が出ているときは放熱は起こらず、乾燥していると放熱が激しく起こります。昼間に雲が出て夜に晴れて乾燥する日が2~3日続くだけで、急激に気温が下がります。これらは水蒸気や雲が「保温効果(温室効果+遮熱効果)」を持つことを意味します。

この時、二酸化炭素の濃度は希薄でありほとんど変化はなく、また気温には影響を与えていないように見えます。

 

【日本と世界のエネルギー政策】