川の水はしょっぱくないのに海がしょっぱいのは、川にも少量の塩類は含まれているものの、その濃度が低い一方、海には長い時間をかけて岩石から溶け出した成分などが集まり、塩分の高い状態が保たれているからです。
雨は地面や岩石にしみ込みながら、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムなどさまざまな成分を少しずつ溶かします。川はそれらを海へ運んでいます。つまり、川の水にも「塩のもと」は含まれています。しかし、雨や地下水によって絶えず新しい淡水が供給され、川の水はそのまま海へ流れ続けるため、海水ほど高い濃度にはなりません。
一方、海に届いた水は蒸発して大気へ戻りますが、溶けている塩類の多くは水蒸気にならず海に残ります。こうした過程が地質学的な長い時間にわたって続いたため、海水には多くの溶存塩類が含まれています。
ただし、海が今も際限なくしょっぱくなり続けているわけではありません。海に入る塩類がある一方、海底堆積物や鉱物として取り除かれる成分もあります。現在の海の塩分は、入力と除去が長期的に釣り合う中で保たれていると考えられています。
川の水にも本当は「塩」が溶けている
川の水は飲んでも海水のようなしょっぱさを感じません。そのため、川には塩類がほとんど含まれていないように思えます。
しかし実際には、自然の川や沢の水にもさまざまなイオンが溶けています。日本の河川水を調べた研究でも、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、炭酸水素イオン、硫酸イオンなどが検出され、その一部は岩石の風化に由来することが示されています。
雨水は完全に何も溶けていない純水ではありません。大気中の二酸化炭素などを取り込み、地面や岩石と触れながら流れることで、岩石を構成する鉱物の一部をゆっくり溶かします。
そのため、山から海へ向かう川は、見た目には透明でも、目に見えない溶存成分を海へ運ぶ「運搬路」になっています。
それでも川がしょっぱくないのはなぜか
最大の理由は、川に含まれる溶存成分の濃度が低いからです。
川には雨、雪どけ水、地下水などが絶えず流れ込みます。そして川の水は長く同じ場所にとどまるのではなく、下流へ流れて海へ出ていきます。
つまり川は、溶けた成分を受け取る一方で、それをどんどん海へ運び出す「通過型」の水の流れです。新しい淡水による希釈も続くため、多くの川では塩類が海水ほど濃くなりません。
NOAAも、川には溶解した塩類が含まれているものの、雨によって淡水が補われ、川の塩分濃度は海に比べてはるかに低いと説明しています。
海は世界中の川から溶存成分を受け取る
川が運ぶ成分は、最終的に海へ入ります。一本の川が運ぶ量は少なく見えても、世界中の川から長期間にわたって集まれば大きな量になります。
海へ運ばれるのは、ナトリウムやカルシウムなどの陽イオン、塩化物イオンや炭酸水素イオンなどの陰イオンです。海水の「しょっぱさ」は、こうした多くの溶存成分によって生まれています。
NOAAによると、海水中で特に多いのは塩化物イオンとナトリウムイオンです。私たちが食卓で使う食塩は塩化ナトリウムですが、海水にはそれ以外にもマグネシウム、硫酸、カルシウムなどさまざまな成分が含まれています。
そのため、「海がしょっぱい＝食塩だけが大量に溶けている」と考えるより、多くの種類の溶存塩類が集まった水と理解する方が正確です。
海水の塩分はどのくらいなのか
外洋の海水の塩分は平均するとおよそ35‰、つまり水1kgあたりおよそ35gの溶存塩類を含む程度です。割合で表せば約3.5％です。
もちろん、どの海でもまったく同じではありません。気象庁は、海面の塩分は降水が多いと低くなり、蒸発が強いと高くなると説明しています。
河口では川の淡水が混ざるため塩分が低くなります。反対に、降水が少なく蒸発が多い海域では比較的高い塩分になることがあります。
つまり、「海水はどこでも同じしょっぱさ」ではありません。大きな海洋循環の中では平均的に高い塩分が保たれていますが、地域ごとにはかなり差があります。
海がしょっぱい最大のポイントは「蒸発しても塩は残る」こと
川の水が海へ入った後、海水の一部は太陽の熱によって蒸発し、水蒸気として大気へ戻ります。
このとき、水分子は大気へ移りますが、ナトリウムイオンや塩化物イオンなど多くの溶存塩類は海に残ります。
蒸発した水はやがて雲となり、雨や雪として再び陸や海へ降ります。陸へ降った水は川となり、また岩石から少量の成分を溶かして海へ戻ります。
この水循環では、水そのものは海から大気、陸、川、海へと移動しますが、塩類の多くは同じようには蒸発しません。これが、海と川で塩分濃度が大きく違う理由の一つです。
では、昔の海は今より薄かったのか
地球ができたばかりのころから、現在とまったく同じ塩分の海があったわけではないと考えられています。
長い地球史の中で、雨による岩石の風化、河川からの流入、火山活動、海底熱水活動などによって、さまざまなイオンが海へ供給されてきました。
NOAAは、海の塩類の主な供給源として、陸上岩石の風化による流出と、海底の熱水活動などを挙げています。
そのため、海の化学組成は地球史を通じて変化してきました。ただし、「川から塩が入るほど海は一方向に濃くなり続けた」と単純化することはできません。海から成分を取り除く仕組みも同時に働いているからです。
海底の熱水活動も海水の成分に関わる
海水の成分は、陸から来るものだけで決まるわけではありません。
海底の割れ目から海水が地下へ入り、熱い岩石と反応して高温の熱水となり、再び海底から噴き出す場所があります。こうした海底熱水系では、海水と岩石の間でさまざまな元素がやり取りされます。
NOAAは、海底熱水が海水の塩類や金属成分の供給・交換に関わると説明しています。
ただし、海のしょっぱさを日常的に理解するうえでは、まず「岩石が風化して成分が川へ入り、それが海へ運ばれる」「水は蒸発しても多くの塩類は残る」という二つの流れを押さえるとわかりやすいでしょう。
なぜ川の途中で塩分がどんどん濃くならないのか
川も海と同じように岩石から成分を受け取っているなら、下流へ行くほど際限なく塩辛くなりそうに思えるかもしれません。
しかし、川には支流、雨、地下水などから新しい水が加わり続けています。また、川は水を長期間ためる場所ではなく、流した水を海へ送り出しています。
さらに、溶けた成分の一部は生物に利用されたり、鉱物や堆積物として取り除かれたりすることもあります。
そのため、通常の河川では海水のような高い塩分まで濃縮されません。ただし、乾燥地域の湖や、海水が入り込む河口、塩分を多く含む地下水が湧く場所などでは、一般的な川より塩分が高くなることがあります。
湖はなぜ海のようにしょっぱくなることがあるのか
川と海の違いを理解する手掛かりになるのが、塩湖です。
海へ流れ出す出口を持たない湖では、川が溶存成分を運び込んでも、それを外へ流す経路がほとんどありません。水だけが蒸発しやすい乾燥地域では、塩類が湖に残って濃縮されます。
その結果、湖であっても非常に塩分が高くなることがあります。
つまり、「海だから塩辛い」「川だから淡水」という名前の違いが本質ではありません。水と溶存成分がどこから入り、どこへ出ていくかという水収支と物質収支が重要なのです。
海は今も毎年しょっぱくなっているのか
川は今も塩類を海へ運んでいます。それなら海の塩分は毎年上がり続けるように思えます。
しかし、現代の海では、入ってくる成分だけでなく、海から取り除かれる成分もあります。
一部の元素は海の生物に取り込まれ、その後海底へ沈みます。また、海底で鉱物や堆積物として固定されたり、海洋地殻との化学反応で取り除かれたりします。
NOAAは、現在の海では塩類の供給と除去が大まかに釣り合っており、海全体が単純に塩辛くなり続けているわけではないと説明しています。
この点は重要です。海がしょっぱい理由は「何十億年も塩が増え続け、今も増え続けているから」ではなく、長期的な物質循環の中で高い塩分状態が維持されているからなのです。
海の塩分は雨や川で薄まらないのか
もちろん、局地的には薄まります。
大雨の後や大河川の河口では、淡水が大量に入るため表面付近の塩分が下がります。気象庁も、降水によって海面塩分が低下すると説明しています。
しかし、外洋は非常に大きな水量を持ち、潮汐や海流、風による混合が続いています。河川水の影響は沿岸では大きくても、海全体を淡水化するほどではありません。
また、海からは同時に大量の水が蒸発しています。地球規模では、降水、蒸発、河川流入、海流が結びついた水循環の中で海の塩分分布が保たれています。
「川の塩が海にたまった」だけでは説明しきれない
身近な説明としては、「川が岩石から塩のもとを運び、海に集める」で大筋は合っています。
ただし、より正確には、海水の化学組成は河川からの供給だけでなく、海底熱水、火山活動、生物活動、堆積、海洋地殻との反応など多くの過程で決まっています。
しかも、川が運ぶイオンの割合と海水中に多いイオンの割合はそのまま同じではありません。海に入った成分ごとに、海水中にとどまる時間や取り除かれやすさが違うためです。
その結果、現在の海水では塩化物イオンとナトリウムイオンが特に多くなっています。
川と海の違いを整理すると
- 川にも塩類は含まれる：岩石の風化などで溶けたイオンを運んでいる。
- 川は濃度が低い：雨や地下水で淡水が補われ、水も溶存成分も海へ流れ続ける。
- 海は世界中の川から成分を受け取る：長い時間をかけて多くの溶存塩類が集まる。
- 蒸発では主に水が失われる：多くの塩類は海に残る。
- 海水には食塩以外の成分も多い：ナトリウム・塩化物のほか、マグネシウムや硫酸なども含む。
- 海の塩分は無限に増えているわけではない：堆積や鉱物形成などで海から除かれる成分もある。
結局、なぜ川の水はしょっぱくないのに海はしょっぱいのか
川の水にも岩石から溶け出した塩類は含まれていますが、淡水で薄められながら流れ続けるため濃度が低く、私たちにはほとんどしょっぱく感じられません。
一方、川が運んだ溶存成分などは長い時間をかけて海へ集まり、海水が蒸発しても多くの塩類は海に残ります。さらに海底での化学反応なども加わり、海は高い塩分を持つ水として維持されています。
つまり、川と海の違いは単純に「川には塩がなく、海には塩がある」ことではありません。川は低濃度の塩類を運び続ける水の通り道で、海はそれらの成分が長期的な物質循環の中で集まる巨大な貯留場所なのです。
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