【物理学の難しい話】二酸化炭素が増えて地球は温暖化

質問

【物理学の難しい話】二酸化炭素が増えて地球は温暖化に進み地球温暖化が問題となっているが、

物理学では物質には比重があると教える。

水の比重を1としたときに二酸化炭素の比重は水と比べて1.6で水よりも重たく二酸化炭素は水より下に沈む。

地球には海があり海水が広がっている。

海水の比重は幾らなんでしょう？

海水より二酸化炭素の方が比重が重いと二酸化炭素は海水の下に落ちていくはず。

でも地表に二酸化炭素が残っており、二酸化炭素は地表に増え続けているという。

ということは海の海水の二酸化炭素の吸収が飽和している状態ってことなんでしょうか？

それとも海の海水は二酸化炭素より比重が重くて、二酸化炭素を海水が吸収しているのは錯覚だったということになります。

海が二酸化炭素より比重が重くて二酸化炭素を吸収していないとすると今後も地表に二酸化炭素は積もり積もっていくわけで悲惨ですが、

海の海水が水と同じく二酸化炭素より比重が軽くて、海の海水に二酸化炭素が重くて沈んでいっているのにも関わらず飽和して地表に二酸化炭素が増え続けているのとでは意味が違ってきます。

どちらなんでしょうか？

回答No.6

kagakusuki · ベストアンサー

二酸化炭素が海に吸収された場合、その二酸化炭素は海中で純粋な二酸化炭素の塊になる訳ではありません。二酸化炭素は海水に溶けて、二酸化炭素水溶液になるのです。
　ですから、海に沈むかどうかを考える際に、純粋な二酸化炭素の比重と海水の比重を比較しても意味がありません。
　海水には二酸化炭素の他にも塩化ナトリウムも溶けていて、純粋な塩化ナトリウムの密度は35.9g/cm^3もあり、海水の30倍以上も重いのですが、だからと言って塩化ナトリウムが海水から分離して海底に沈んで行ってしまう事はありません。
　これは、塩化ナトリウムが水に溶けて、水中拡散する事で、海面近くの海水も、海底近くの海水も、ともに塩化ナトリウムが溶けている水になり、塩化ナトリウム濃度の差が非常に小さくなって行くためです。
　液体の中に溶けているものは時間の経過とともに液体全体の中に拡散して行って、濃度が均一になって行く性質があり、それは海水中の二酸化炭素も同じですから、二酸化炭素が海に吸収された場合、その二酸化炭素は海中に拡散して行く事になりますから、

>二酸化炭素は海水の下に落ちていくはず。

などという事は起こりません。
　それに元々、大気中には二酸化炭素が0.04%前後程度しか含まれておらず、そのため海水中の二酸化炭素濃度も0.1%にも満たない僅かなものに過ぎず、その程度の極僅かな濃度しか溶けていない海水では、二酸化炭素を全く含んでいない海水と比べて、比重の違いは殆どないため、海水が比重の差によって沈んだり、浮き上がったりする事に対しては、大気中から溶け込んで来る二酸化炭素は影響しないのです。

【参考URL】
　気象庁 > 各種データ・資料 > 海洋の健康診断表 > 二酸化炭素と海洋酸性化に関する診断表、データ > 二酸化炭素濃度の長期変化傾向（北西太平洋）
　　http://www.data.jma.go.jp/kaiyou/shindan/a_2/co2_trend/co2_trend.html

>水の比重を1としたときに二酸化炭素の比重は水と比べて1.6で水よりも重たく

　違います。
　1.6というのは「水の比重を1とした時の二酸化炭素の比重」などではなく「空気の比重を1とした時の気体の二酸化炭素の比重」であり、「0℃、1気圧の乾燥空気の比重を1とした時の液体の水の比重」は約773ですから、気体の二酸化炭素は水とは比べ物にならないほど軽いという事になります。
　「水の比重を1とした時の気体の二酸化炭素の比重」は4℃、1気圧の条件では0.001949であり、水の513.2分の1の重さしかありません。
　因みに、(気体ではなく)液体の二酸化炭素の密度も温度や圧力の条件によって変化しますが、例えば20℃、56気圧の条件下では0.7707g/cm^3であり、液体であっても二酸化炭素は水よりも軽いことが解ります。

【参考URL】
　二酸化炭素 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%85%B8%E5%8C%96%E7%82%AD%E7%B4%A0

　水も液体二酸化炭素も、温度や圧力によって密度が変化しますが、水をはじめとする多くの液体では圧力の変化に対する密度の変化は極僅かなものに過ぎず、水の場合は温度の影響もあまり大きくはないのに対して、液体二酸化炭素の場合は温度の影響も圧力の影響も比較的的大きく受け、正確な温度の値に関しては調べきる事は出来ませんでしたが、概ね-10～-15℃の間のどこかの温度を境にして、それよりも低い温度では液体の二酸化炭素の密度が、純粋な液体の水の4℃における密度を上回る様になります。

【参考URL】
　日本液炭 > 会社案内 > 事業内容 > 液化炭酸ガス
　　http://www.n-eco.co.jp/company/business/co2/butsu_gas.pdf

　海水は-2℃前後以下の温度では凍ってしまいますから、海水に沈むかどうかを考える上では通常の場合、液体の二酸化炭素の比重は海水よりも軽いので浮くという事になります。
　但し、液体の二酸化炭素は水よりも圧縮されやすいため、圧力の高い条件下では液体の二酸化炭素が水に沈むようになる場合もあります。
　水深の深い場所では水圧が高くなるため、海水の温度や組成によって限界深度は変化するものの概ね海面から3000mよりも深い所では、液体二酸化炭素の比重が海水よりも重くなって、液体二酸化炭素が海底に沈むようになるようです。
　その場合も、海底に沈んだ二酸化炭素は、なにも覆いがなく、直接海水に接している状態のままでは徐々に海水中に溶けて拡散して行きます。
　沈めた二酸化炭素の一部が水と結びついてハイドレートを形成して、その二酸化炭素ハイドレートが覆いの役割をする事で、海中への拡散が妨げられるとする説もありますが、本当に二酸化炭素ハイドレートが覆いの役割をするのかどうかは判明していません。(二酸化炭素ハイドレートは水よりも比重が小さいため、水面に向かって浮き上がって行ってしまい、液体二酸化炭素の上を覆う事が出来ない恐れがある)

【参考URL】
　ガスハイドレートを利用したガス輸送・貯蔵・分離
　　http://www.cheng.es.osaka-u.ac.jp/ohgakilab/trans.html

お礼

みなさん回答ありがとうございます

回答No.5

noname#227653

う～ん。ここまでものがわかっていない方が「難しい話」について考えること自体が無意味でしょう。

あなたがここでお考えになっている二酸化炭素というのは、大気中にある二酸化炭素のことでしょうから、当然気体ですよね。
気体の二酸化炭素と海水を同じ大きさの袋に入れて、右手と左手に提げているところを考えてみて下さい。どちらの方が重いと思いますか。海水の方が重いに決まっているでしょう。比重なんて調べるまでもないことです。
こんな基本的なこともわからず、「二酸化炭素は海水の下に落ちていく」などという不思議な現象の可能性について考えるというのは、私にしてみれば頭がくらくらするようなことです。海底に二酸化炭素の巨大な泡が沈んでいる情景を想像していらっしゃるのでしょうか。

人にはそれぞれ「分(ぶん)」というものがあります。ご自身の分をわきまえ、もっとご自身のためになることを考えた方がいいと思いますよ。

回答No.4

Dr_Hyper

あなたが言っている二酸化炭素の比重は固体のとき。つまりドライアイスの時の比重ですね。気体の時は当然ながらもっとかるくて0.002ぐらいです。

海水に二酸化炭素は確かに解けやすいですが，飽和というか平衡関係がありますから，
現状で地上で二酸化炭素を排出すればするだけ，植物が酸素の変換する能力の総和よりも排出量がおおくなっているため，二酸化炭素濃度が上昇しているというのが現状だと思います。

回答No.2

NuttyBar

何で調べたのか知りませんが、水より二酸化炭素が重いってことはないでしょう。

もしかしたら気体の水と気体の二酸化炭素のことではないですか？
海水は液体の水です。液体と気体とではそもそも分子の密度がまるで違いますので、そこをごっちゃにして考えているのだとしたら、貴方の質問自体が成り立っていないことになります。

回答No.1

f272

> 二酸化炭素の比重は水と比べて1.6で水よりも重たく

これが間違っているので，それ以下は話になりません。
今後も地表に二酸化炭素は積もり積もっていきます。少しは海水に溶けるけどね。