熱塩循環シミュレータ｜海洋の深層循環Thermohaline Circulation Simulator | Deep Ocean Currents

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 極域の表層水が沈み込んで深層水になるには、水温と塩分はそれぞれ高いほうがよいでしょうか、低いほうがよいでしょうか。For polar surface water to sink and become deep water, should its temperature and its salinity each be high or low?💡 水が沈むのは、まわりの水より「重い(密度が大きい)」ときです。温度と溶けている塩の量は密度にどう影響するでしょうか。Water sinks when it is heavier (denser) than the water around it. How do temperature and the amount of dissolved salt affect density?
2. 深層水が沈み込んでから再び表層に戻ってくるまで、どのくらいの時間がかかると思いますか。How long do you think it takes for deep water to come back to the surface after it sinks?💡 深層の流れは表層の海流に比べてずっと遅いことを手がかりにしましょう。Use the clue that deep currents are much slower than surface currents.

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(「表層水温 T」0.0 ℃、「表層塩分 S」35.0 ‰)で、「表層密度 σt = 28.00」と「下層水 σt = 27.80(固定)」を比べ、判定が「表層 ＞ 下層 → 沈み込み発生」となり、粒子が「沈み込み ↓」→ 海底沿い →「湧昇 ↑」→ 表層と一周することを観察する。In the starting state ("Surface temp. T" 0.0 ℃, "Surface salinity S" 35.0 ‰), compare "Surface density σt = 28.00" with "Deep water σt = 27.80 (fixed)". Check that the result reads "Surface > deep → water sinks" and that particles travel "Sinking ↓" → along the sea floor → "Upwelling ↑" → back along the surface.
2. 「表層水温 T」スライダーを 1.0 ℃、次に 10.0 ℃ まで上げ、表層密度の値と判定、断面図の流れの変化を記録する。Raise the "Surface temp. T" slider to 1.0 ℃ and then to 10.0 ℃, and record the surface density, the result, and what happens to the flow in the cross-section.
3. 「表層水温 T」を 4.0 ℃ にしたまま「表層塩分 S」を 37.0 ‰ まで上げ、沈み込みが再び始まるか確かめる。Keep "Surface temp. T" at 4.0 ℃ and raise "Surface salinity S" to 37.0 ‰. Check whether sinking starts again.
4. 「表層水温 T」0.0 ℃ のまま「表層塩分 S」を 33.0 ‰ に下げ(氷がとけたり大量の淡水が流れこんだ状況)、判定を確かめる。最後に「リセット」で初期状態に戻す。With "Surface temp. T" at 0.0 ℃, lower "Surface salinity S" to 33.0 ‰ (like melting ice or a large inflow of fresh water) and check the result. Finally press "Reset" to return to the start.

3確かめようCheck

1. S = 35.0 ‰ で T を 0.0 ℃ → 1.0 ℃ → 10.0 ℃ と上げると、表層密度と流れはどうなりましたか。At S = 35.0 ‰, what happened to the surface density and the flow as T went 0.0 ℃ → 1.0 ℃ → 10.0 ℃?→ σt は 28.00 → 27.80 → 26.00 と小さくなった。1.0 ℃ では下層と等しい 27.80 になり、判定は「表層 ≦ 下層 → 安定成層(沈み込みなし)」、ラベルも「沈み込み(なし)」「湧昇(なし)」に変わって循環が止まった。水温が高いほど密度は小さい。σt fell from 28.00 to 27.80 to 26.00. At 1.0 ℃ it equaled the deep value of 27.80, the result became "Surface ≤ deep → stable layers (no sinking)", the labels changed to "Sinking (none)" and "Upwelling (none)", and the circulation stopped. The warmer the water, the lower its density.
2. T = 4.0 ℃ で S を 37.0 ‰ にすると、どうなりましたか。What happened when S was set to 37.0 ‰ at T = 4.0 ℃?→ 表層密度は σt = 27.90 となり、下層の 27.80 を超えたので「沈み込み発生」となり循環が再開した。塩分が高いほど密度は大きくなり、水温が少し高くても沈み込むことがある。The surface density became σt = 27.90, greater than the deep 27.80, so the result became "water sinks" and the circulation restarted. Higher salinity means higher density, so even slightly warmer water can sink.
3. T = 0.0 ℃ のまま S を 33.0 ‰ に下げると、どうなりましたか。What happened when S was lowered to 33.0 ‰ while T stayed at 0.0 ℃?→ σt = 27.30 となり下層より軽くなったので、冷たい水でも沈み込まず安定成層になった。淡水が加わって塩分が下がると、沈み込みが止まりうる。σt became 27.30, lighter than the deep water, so even cold water did not sink and the layers stayed stable. If fresh water lowers the salinity, sinking can stop.
4. 循環1周にかかる時間の目安は、画面にどう示されていましたか。How long does one loop of the circulation take, according to the screen?→ 「循環1周の目安：約1000年以上」と表示され、「周回(アニメ上)」の表示にも「実際は1周 約1000年以上」と書かれている。アニメの速さは実際よりはるかに速い。It shows "One full loop takes about 1,000+ years", and the "Laps (animation)" line also says "one real lap takes 1,000+ years". The animation is far faster than reality.

4考えようThink further

1. 海氷ができる極域や、蒸発がさかんな海域で表層水が重くなりやすいのはなぜでしょうか。Why does surface water tend to become heavy in polar seas where sea ice forms, or in regions with strong evaporation?→ どちらも水だけが抜けて塩が残るので、表層の塩分が上がり密度が大きくなるから。さらに極域では水温が低いので密度が大きくなる。シミュレーションでも、水温を下げるか塩分を上げると σt が増え、27.80 を超えると沈み込みが始まった。In both cases water leaves while salt stays behind, so surface salinity rises and density increases. In polar seas the low temperature also raises density. In the simulation, lowering T or raising S increased σt, and sinking began once it exceeded 27.80.
2. 地球温暖化で北大西洋の表層が暖まり、氷床からの融け水が流れこむと、熱塩循環はどうなると考えられますか。If global warming heats the North Atlantic surface and meltwater from ice sheets flows in, what might happen to the thermohaline circulation?→ 水温上昇と塩分低下の両方で表層密度が小さくなるため、沈み込みが弱まり、循環が弱まる(止まる)おそれがある。シミュレーションでは T を上げても S を下げても判定が「安定成層」になり、流れが止まったことがその根拠になる。Both warming and lower salinity reduce surface density, so sinking could weaken and the circulation could slow down or stop. In the simulation, raising T or lowering S both switched the result to "stable layers" and the flow stopped.

よくある誤解Common misconceptions

• 「深層の海水も風によって流れている」という誤解。表層の海流はおもに風で動くが、深層循環は水温と塩分による密度差で駆動される。"Deep ocean water is also moved by the wind." Surface currents are mainly wind-driven, but the deep circulation is driven by density differences due to temperature and salinity.
• 「冷たい水なら必ず沈む」という誤解。シミュレーションでは 0 ℃ でも塩分 33.0 ‰ では沈み込まない。密度は水温と塩分の両方で決まる。"Cold water always sinks." In the simulation, even at 0 ℃ the water does not sink when salinity is 33.0 ‰. Density depends on both temperature and salinity.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)