深層水の年齢と酸素トレーサーDeep Water Age & Oxygen Tracer

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

1. 北大西洋で沈み込んだ深層水が世界の海を一周（約46,000 km）して再び表層に戻るまで、どれくらいの年数がかかると思うか。How many years do you think it takes for deep water that sinks in the North Atlantic to travel around the world ocean (about 46,000 km) and come back to the surface?💡 表層の海流は速いところで秒速1 m ほどだが、深層の流れはそれよりずっと遅い。速さの単位に注目しよう。Fast surface currents move at about 1 m per second, but deep currents are much slower. Pay attention to the units of speed.
2. 深層水に溶けている酸素の量は、旅の途中でどう変わるだろうか。それはなぜだろうか。How does the amount of oxygen dissolved in deep water change during its journey, and why?💡 酸素は海面で大気から溶けこむ。深海には光が届かないことと、上から沈んでくる生物の死がいがどうなるかを考えよう。Oxygen dissolves into the sea from the air at the surface. Think about the lack of light in the deep sea and what happens to the remains of organisms that sink from above.

2動かしてみようTry it

1. 「リセット」を押してから「再生」を押し、気塊が北大西洋で沈み込んで深層を進み、太平洋で「湧昇」して表層の復路で戻るまでを観察する。「経過年数」「溶存酸素」「走行距離」「現在の海域」の表示と下のグラフを見る。Press "Reset" and then "Play". Watch the parcel sink in the North Atlantic, travel through the deep ocean, rise at "Upwelling" in the Pacific and return along the surface. Watch "Age", "Oxygen", "Distance" and "Now in" and the graph below.
2. 初期設定（「深層の流速」0.10 cm/s）で、式の欄に表示される深層一周の年数と、グラフの「最低値」を記録する。With the starting setting ("Deep current v" 0.10 cm/s), record the number of years for the deep loop shown in the formula box and the "Lowest" value on the graph.
3. 「一時停止」を押し、「深層の流速」スライダーを0.05、0.20、0.30 cm/s に動かして、一周にかかる年数がどう変わるかを表にまとめる。Press "Pause", move the "Deep current v" slider to 0.05, 0.20 and 0.30 cm/s, and make a table of how the years for one loop change.
4. 「深層の流速」を0.10 cm/s に戻し、「酸素消費速度」と「形成時の初期溶存酸素」を変えて、グラフの傾きと北太平洋での最低値がどう変わるかを調べる（例：100 μmol/(L・千年)、150 μmol/L）。Set "Deep current v" back to 0.10 cm/s, then change "Oxygen use rate" and "Starting dissolved oxygen" and see how the slope of the graph and the lowest value in the North Pacific change (for example 100 μmol/(L·1000 yr) and 150 μmol/L).

3確かめようCheck

1. 流速0.10 cm/s のとき、深層を一周するのに何年かかるか。そのとき1年に何km進むか。At 0.10 cm/s, how many years does the deep loop take? How many kilometres does the water move in one year?→ 約1,460年。1 cm/s ≒ 315 km/年 なので、0.10 cm/s では1年に約31.5 km しか進まない（1.0 mm/s）。46,000 km ÷ 31.5 km/年 ≒ 1,460年。About 1,460 years. Since 1 cm/s ≈ 315 km/yr, 0.10 cm/s is only about 31.5 km per year (1.0 mm/s). 46,000 km ÷ 31.5 km/yr ≈ 1,460 years.
2. 流速を0.05 cm/s、0.20 cm/s、0.30 cm/s にすると、一周の年数はどうなるか。What happens to the loop time at 0.05 cm/s, 0.20 cm/s and 0.30 cm/s?→ 0.05 cm/s で約2,921年、0.20 cm/s で約730年、0.30 cm/s で約487年。流速を2倍にすると年数は半分になり、年数は流速に反比例する。About 2,921 years at 0.05 cm/s, about 730 years at 0.20 cm/s and about 487 years at 0.30 cm/s. Doubling the speed halves the time: the time is inversely proportional to the speed.
3. 初期設定で、溶存酸素が最も少なくなるのはどの海域か。その値はいくらか。With the starting settings, in which region is the dissolved oxygen lowest, and what is the value?→ 深層の旅の終わりにあたる北太平洋の深層（最も古い水）で最低となり、約212 μmol/L（300 − 60×1.46）。その後、表層の復路で酸素は形成時の値に回復する。It is lowest in the North Pacific deep water at the end of the deep journey (the oldest water), about 212 μmol/L (300 − 60 × 1.46). On the surface return the oxygen recovers to its starting value.
4. 「酸素消費速度」を100 μmol/(L・千年)、「形成時の初期溶存酸素」を150 μmol/L にし、さらに流速を0.05 cm/s にするとグラフはどうなるか。Set "Oxygen use rate" to 100 μmol/(L·1000 yr) and "Starting dissolved oxygen" to 150 μmol/L, then lower the speed to 0.05 cm/s. What does the graph show?→ 流速0.10 cm/s では最低値が約4 μmol/L まで下がる。0.05 cm/s にすると約1,500年でグラフが0に達し、それ以降は0のまま（最低値0 μmol/L）になる。At 0.10 cm/s the lowest value falls to about 4 μmol/L. At 0.05 cm/s the line reaches 0 after about 1,500 years and stays at 0 after that (lowest value 0 μmol/L).

4考えようThink further

1. なぜ北太平洋の深層水は、北大西洋の深層水より酸素が少ないのか。「水の年齢」という言葉を使って説明しよう。Why does North Pacific deep water have less oxygen than North Atlantic deep water? Explain using the idea of "water age".→ 深層水は海面で大気と接していたときに酸素を受け取り、沈み込んだ後は補給されない。深海では沈んできた有機物の分解（呼吸）で酸素が使われ続けるので、沈み込みからの年数（水の年齢）が長いほど酸素が少ない。北太平洋の深層水は沈み込み域から最も遠く、最も古い水なので酸素が最も少ない。Deep water takes up oxygen while it is in contact with the air at the surface, and gets no more after it sinks. In the deep sea, oxygen keeps being used up as sinking organic matter is decomposed (respiration), so the longer since the water sank (its age), the less oxygen it has. North Pacific deep water is farthest from the sinking regions and is the oldest water, so it has the least oxygen.
2. もし地球温暖化で北大西洋の沈み込みが弱まり、深層の流れが遅くなったら、深層水の酸素はどうなると考えられるか。If global warming weakened sinking in the North Atlantic and the deep flow became slower, what would you expect to happen to the oxygen in deep water?→ 流れが遅いと同じ距離を進むのにより長い年数がかかり、その間ずっと酸素が消費されるので、深層水の酸素はさらに少なくなる。シミュレーションでも流速を下げると最低値が下がる。A slower flow takes more years to cover the same distance, and oxygen is used up the whole time, so deep water would have even less oxygen. In the simulation, lowering the speed lowers the minimum value.

よくある誤解Common misconceptions

• 深層の海水も表層の海流と同じくらいの速さで流れている、という誤解。深層の流れは0.1 cm/s（1 mm/s）程度で、表層流（10〜100 cm/s）より2〜3桁遅く、一周に千年以上かかる。The idea that deep water flows about as fast as surface currents. Deep flow is around 0.1 cm/s (1 mm/s), two to three orders of magnitude slower than surface currents (10–100 cm/s), so one loop takes more than a thousand years.
• 深海は生物がいないので酸素は減らない、という誤解。深海でも沈んでくる有機物の分解に酸素が使われ、補給がないため古い水ほど酸素が少ない。The idea that oxygen does not decrease in the deep sea because nothing lives there. Even in the deep sea, oxygen is used to break down sinking organic matter, and since there is no resupply, older water has less oxygen.

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