温室効果の物理をエネルギーバラ ンスを用いて正しく理解する 三重大学・大学院生物資源学研究科 共生環境学専攻 地球環境気候学研究室 教授 立花義裕 典型的な間違った図 財団法人省エネルギーセンター の図を引用 http://www.eccj.or.jp/summary/warm.html 課題 • 温室効果について、下記のような間違った説明がし ばしばなされている。どこが間違っているか？１）間 違いを指摘し、２）正しい解説に直せ。 • 温室効果ガスが無い場合は、太陽からやってくる光 エネルギーと、地球から宇宙へ放出される赤外線エ ネルギー（熱エネルギー）が丁度バランスしている。 ところが、温室効果ガスが増えると、地球から宇宙 に放出されるはずの熱エネルギーが、温室効果ガ スに遮られて、熱が宇宙に逃げられなくなる。従って、 太陽からやってくる光エネルギーと地球から宇宙へ 逃げる熱エネルギーの量のバランスが崩れ、結果と して熱がどんどん溜まっていき、地球は温暖化して いく。これを温室効果という。 温室効果のメカニズム •鍋にふたをすると なぜ中のお湯は冷めないのか この理由とかなり似ている 湯 • • • • 部屋の温度は どのように決まっているのか？ 1：00 2：00 3：00 4：00 １５℃ １５℃ １５℃ １５℃ 室温１５℃ 一定 時間変化なし 窓 ②暖気 でも、温度は下がらない Why? ①寒気 （常に暖 めてい る。） （常に冷やしている） 家電製品等から ①＝②だから ＝エネルギーがバランス 室温 15℃ 温度変化なし エネルギーバランス ①もらうエネルギー＝②失うエネルギー 地球にあてはめてみよう！！ co2 がない場合の地球 • その壱 一定 • • • • 1900年 1930年 1960年 1990年 １５℃ １５℃ １５℃ １５℃ 時間変化なし エネルギーバランスしている ①地球にとってのもらうエネルギー ・太陽光エネルギー ②地球にとっての失うエネルギー ・赤外線エネルギー 赤外線 ：全ての物質からはその温度にほぼ 比例して赤外線が放出されている。 • ex . 鉄板を触らなくても鉄板の上に 手をかざすだけで熱いかどうかわかる 200度 熱く感じる 手 赤外線 大 200度 手 赤外線 小 50度 熱く感じナイ 50度 お好み焼き屋 さんの鉄板 ・手は赤外線の強さを感じることが出来る。 ・手は赤外線を吸収する。 再び地球を考える。。。 赤外線 エネルギー ① ② 太陽光 エネルギー 地表面 ①＝②である ①にバランスする温度が１５℃である。 co2 がたくさんある地球 • • • • 2100年 2101年 2102年 2103年 全てほぼ同じ温度であると 仮定する。 X℃ X℃ X℃ X℃ 温度一定 エネルギーバランス その温度が何度であるか？を考える。 co2 の重要な性質； ①赤外線を吸収する！！ ②太陽光は吸収しない！！ エネルギーバランスを考えよう！ 赤外 太陽光 Y℃ ① co2 吸収 ② ②赤外 ① 赤外 地表 X℃ エネルギーバランス ①地球表面がもらうエネルギー 太陽 １コ ＋ 赤外 １コ ＝ ２コ ②地球表面が失うエネルギーは？ ①＝② でないといけない！！ 従って、赤外が２コ なければならない エネルギーバランスの要請から 赤外を２コ出すためにはどうすればよいか？ 赤外線 ：全ての物質からはその温度にほぼ 比例して赤外線が放出されている。 • ex . 鉄板を触らなくても鉄板の上に 手をかざすだけで熱いかどうかわかる 200度 熱く感じる 手 赤外線 大 200度 手 赤外線 小 50度 熱く感じナイ 50度 お好み焼き屋 さんの鉄板 ・手は赤外線の強さを感じることが出来る。 ・手は赤外線を吸収する。 エネルギーバランスを考えよう！ 赤外 太陽光 ① 吸収 ② Y℃ co2 ① ② 赤外 X℃ 地表 地表のエネルギーバランス ①地球表面がもらうエネルギー 太陽 １コ ＋ 赤外 １コ ＝ ２コ ②地球表面が失うエネルギーは？ ①＝② でないといけない！！ 従って、赤外が２コ なければならない エネルギーバランスの要請から 赤外を２コ出すためにはどうすればよいか？ 温度が2倍 あればよい！！ エネルギーバランスを考えよう！ 赤外 太陽光 ① 吸収 ② 地表 co2 Y℃ ① ② 赤外 X℃ co2大気層のエネルギーバランス ①co2 大気層がもらうエネルギー 地表面からの赤外 co2 ② 大気層が失うエネルギー 2コ ＝２コ 下向き１コ ＋ 上向き１コ ＝２コ ①＝② より、エネルギーバランスしている!！ 再び、ナベに戻って。。。 ② 赤外 フタのないナベ ②のみで バランスしていない。 どんどん温度が下がる 湯 吸収 フタのあるナベ 赤外 X℃ ① ② 湯 赤外 ①＝② エネルギーが バランスしている 温度一定
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