エントロピー則からみる自然の循環構造 [第４回] ～自然は資源の貯蔵所ではなく、ダイナミックに物質が循環する空間～

2007-05-03

エントロピー則からみる自然の循環構造 [第４回]　～自然は資源の貯蔵所ではなく、ダイナミックに物質が循環する空間～

asaokaです。（前回から随分間を空けてしまいました 🙁 ）
今回は、地球環境の『源』に触れ、そこから自然の捉え方、そして開放系のエントロピーがなぜ必要になるのか？　についてみていきます。
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画像は、｢晴耕雨読｣より引用させて頂きました。
地球上で起こる様々な自然現象や生物の活動は、太陽から受け取るエネルギーを源としています。
特に太陽から放射されるエネルギーのうち、太陽光のまま宇宙へ反射するエネルギー（30%程度）などを除いた約65％ほどは地球で熱に変わり、その熱が地球環境に大きく影響し、地球上で殆どの生物が生存できる環境が保たれています。
昼に太陽から放射される熱を受け取り、夜に地球から宇宙空間に熱を放射し、地球で生物が生存できる温熱環境のバランスを保っているのです。
（この、太陽放射＝地球放射、となる温度を｢放射平衡温度｣といい、ステファン・ボルツマンの法則（放射強度は絶対温度の４乗に比例する）で計算すると、大気の水蒸気やCO2などの温室効果を考慮した地球表面の平均温度は約15℃になります。因みに温室効果が無いと－18℃になります。）
ただし、（23.5°の地軸の傾きや太陽の周りを回る軌道も正確には円ではないので時間・日・季節で違いがありますが大きくは、）
太陽の周りを回る“球形”の地球は、緯度により太陽からの距離（低緯度ほど太陽から近い）も太陽放射の受取る面の角度（太陽高度角：高緯度ほど受取る面が小さい）も違いますので、緯度により受取る太陽放射量が違ってきます。
だから仮にそのままだと、低緯度では太陽放射＞地球放射となり温度は上がる一方で、逆に高緯度では太陽放射＜地球放射となり温度が下がる一方で、赤道付近は灼熱の地獄になり北極や南極はすべて凍りつく世界になってしまい、とても今のような多様な生物が生存できる状況ではなくなってしまいます。
しかし実際は、赤道が吸収した余分な熱エネルギーを北極や南極といった高緯度に輸送する自然の機構が環境を調節しているのです。
この地球の環境を調整する生命維持装置とでも言うべき自然の機構が、
①大気（→風）の大循環による熱輸送（子午面循環や偏西風など）
②海流による熱輸送
③大気中の水蒸気（潜熱）による熱輸送
等です。
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このように、地球は太陽から放射されてくるエネルギーを源にし、そのエネルギーを宇宙への直接的な地球放射と、“大気と水を媒体（これを『作動物質』といいます）にした地球内循環”をおこなうことで環境を保っているのです。
特に、｢太陽からの熱エネルギーにより作動物質が地球内で循環する｣動的環境活動は、地球の生命維持装置だといっても過言ではありません。
だから、これが崩れた状態は生物の活動を脅かす環境問題の最たる現象です。
つまり、地球の生物の活動は、太陽からの熱エネルギーを源にした『熱学的機関（熱を仕事に変える機関）』とでもいうべき自然の動的環境活動を基盤にしているのです。
そしてこの熱学機関の仕事を担っているのが、大気や水そして生物間の活動により生じる有機栄養素などの『作動物質の循環』です。
（横道にそれますが・・）その意味で、最近の地球温暖化問題は、気温や炭酸ガスといった静的環境指標値の変化に目が奪われすぎている感がありますが、この静的環境の変化が大気や水や有機栄養素などの作動物質の循環という動的環境にどのように作用するかまで踏み込んで考える必要があります。
そもそもそれ以前に、確かに炭酸ガス濃度は上昇していますが、なぜ上昇したのかの根本原因に踏み込めていない状態で、炭酸ガスの増加→温暖化に結びつけ、そこから南極の氷の融解説や海水の熱膨張説から低地の沈没に結びつける論理は疑問を感じます。
（少し先走りますが・・）この大気や水や有機栄養素の作動物質の循環、つまり自然の循環が壊れた状態の最たるものの現象が、『砂漠化』であると考えています。
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画像は、｢内モンゴル植林プロジェクトホームページ｣より引用させて頂きました。
砂漠化のなかでも、最近の中国からの黄砂の上昇などは多大な問題を抱えています。
というのも、中国は急激な市場化・経済発展により都市化が進んだだけでなく、急速な工業化で環境規制の無い工場が乱立しそこから排出される汚染物により土壌は汚染され砂漠化を増加させています。
そしてそれだけでなく、内モンゴルなどの草原での遊牧も市場化の波に乗り海外からの（カシミヤなど）消費需要を受け過剰放牧したり、
個人所有を区分するように柵を作って範囲を限定して遊牧したりしたために、羊が草を根から食いつくして草が生えなくなり、
さらに（古からの教えを破り）もともと土壌栄養素の少ない草原地で遊牧に代わり乾式農業をおこなってしまい土壌の栄養をさらに奪うなどで、草原地で新たな砂漠地を増やしています。
これらが原因で、新たな砂漠化→黄砂が増加しているのです。
そして問題はそこにとどまらず、規制無き急速な工業化による大気・水質・土壌など環境汚染の上昇も相まっているため、黄砂には有害物質が付着しており、
それが偏西風に乗って中国だけでなく韓国や日本などに直接的に飛来し、また海に落ちた汚染にまみれた黄砂が海流に乗り世界的に飛来しているのです。
（参考：素敵な宇宙船地球号：「故郷が砂漠になる日」～知られざる黄砂のナゾ～）
植物があるから水も保有され水分が蒸発して雨が降るのであって、砂漠になると空気が冷たく乾燥してしまうので蒸発する水が少なくなり雨が降りにくくなります。
大きな気象要因で雨が降らないから砂漠になるのではなく、人的原因で砂漠にし雨を降りにくくしているのです。
このこのとは、水の作動物質の循環を壊し（大気の循環しか残らない）、地球の環境維持装置を機能しにくくしていることを意味します。
（最近の異常気象の増加も炭酸ガスの増加も、中国を始めとした世界的な砂漠化の増加の影響が大きいのではないでしょうか・・・）。
中国の砂漠化の上昇→汚染された黄砂増加の現象は、私有意識の塊の市場主義が、作動物質の循環という自然の摂理を壊し、汚染物質による肉体破壊をも促進している最先端の現象だと思います。
自然とは、資源の貯蔵所とみるのではなく、太陽のエネルギーを源にして、ダイナミック（動的）に物質が循環活動している空間だという認識が重要だと思います。
そして、その循環構造のなかで私たちは生かされているという認識が不可欠なのではないでしょうか。
（話を戻しますが）
環境問題は水・大気・有機栄養素などの作動物質の循環にどのように影響しているのかにまで踏み込むことが重要で、
そしてこの作動物質の動的循環状態の評価をする軸のひとつとして、地球環境を熱学機関とみなした『（開放系の）エントロピー』が、可能性としてある（必要となる）のではないかと考えています。
そして、そのためには｢熱のエントロピー｣の理解が基礎となります。
前回まで｢熱｣について扱ってきたのも、それはエンタルピーの源が｢熱｣だからです。
では、次の投稿で、前回まで扱った熱について重要な法則のおさらいをしながら、熱のエントロピーを見ていきます 😀