地球は水の惑星とも呼ばれる。
その根拠は単に水の存在にあるのではない。水の存在により、エントロピー増大を免れて、熱死に至っていないという事実にある。
そのメカニズムは、上記循環の原理に照らせば以下のとおりである。15)
1) 資源の導入
地球エンジンの場合、導入される資源とは太陽エネルギーである。低エントロピーで高エネルギーの資源である。
太陽光は地球の表面に平均ｑ＝257kcal/cm2/year到達する。これを100として、入力の関係を示したものが図―1の左側である。
図1 地球の平均熱収支(太陽光を100とした場合)(槌田「熱学外論」127頁)
地球エンジンにおいて廃物はない。
廃棄されるのは、エネルギー的に等価であるものの太陽光に比べ温度の低い、従って高エントロピーである赤外線による熱放射である。
この関係を示しているのが同じく図―1の右側である。
3) 物質循環
地球エンジンの作動物質は、空気と水である。この二つにより空気循環と水循環が生じている。
エントロピーの廃棄という点で重要な役割を果たしているのは水循環である。
地表からの蒸発により水蒸気を含んだ空気が発生するが、これは乾いた空気よりも軽いので上昇し、断熱膨張により温度が低下し、露点に達し雨となり、地表に落下する。
この過程において、地表から気化熱を奪い、即ち内部にエントロピーをもって、上空で結露することにより、気化熱の放出という形でエントロピーを空気に受け渡し、空気は暖められてさらに上昇し、熱放射を通じて宇宙空間にエントロピーを放出する。
この水循環と空気循環により、地球は熱死を免れている。この関係を示したものが図―2である。
図２ 地球の大気循環と水循環(槌田「熱学外論」128頁)
なお、この水循環のプロセスは、高エントロピー化し汚れた水を清浄な水に戻すという水の再生プロセスでもあり、重要な地球の物質循環の一環であるという認識も重要である。
生きている地球にとって、環境即ち地球外から取り入れる物は、温度の高い太陽エネルギーであり、捨てる物は、エネルギー量は同一であるが、温度の低い赤外線放射である。
入出力の温度差により生ずるエントロピー差の中で、われわれ地球は生きていくことができる。
近代文明の発達に伴う急速なエントロピー増大は、果たしてこの限界値内におさまることが可能であろうか。
これが今問われている大きな課題である。
中澤 明 H26.9.11
