南極の氷がすべて溶けたら何が起こるでしょうか?

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はい、確かに気候変動は起こっています。私たち人間が大気中に大量の二酸化炭素を排出し、それが気候を変えていることは疑いようがありません。そして、状況はかなり悪化しています。もしかしたら、深刻な状況かもしれません。では、もし地球の気温が上昇して南極の氷冠が溶けたらどうなるでしょうか？南極にはどれくらいの水があり、海面はどれくらい上昇するでしょうか？北極の極冠はどうなるでしょうか？なぜ北極の氷が溶けることによって引き起こされる問題について耳にしないのでしょうか？（毎年夏に氷が溶ける量が増えているからです。）

南極氷床

まず南極の氷についてお話しましょう。普段なら、私は伝統的な「ざっくりとした」推定をして、大まかな数値を出すのですが、今回の場合は南極の氷床の大きさが全く分かりません。面積も氷の深さも分かりません。正直に言うと、これは私のせいではありません。メルカトル図法の地図で育ったからです。この地図だと南極はとてつもなく広大に見えます。

南極大陸の大きさを大まかに見積もるために、直径がアメリカ合衆国の幅に等しい円と考えてみましょう。ほら、皆さんがあまり実感のないものと、もしかしたら馴染みのあるものとを結びつけたじゃないですか。では、アメリカ合衆国の横断距離はどれくらいでしょうか？幅は約3,000マイル（4,800キロメートル）だとしましょう。これを円形の南極大陸の直径に近似すると、表面積は次のようになります。

すみません、ちょっとズルをします。この値が本当なのかおかしいのか本当にわからないので、Wikipediaの南極のページを覗いてみます。ああ、よかった。かなり近づいた。気分が良くなりました。でも、ちょっと待って！もう一つ推定が難しいものがあります。南極の氷床の平均深度です。まあ、もういいや。ページは見ていて、平均氷の厚さは1.9kmです。これで万事好しです。まさかこんなに厚いなんて想像もつきませんでした。とんでもない量の氷です。

これで、この氷床を巨大な円筒、いやホッケーのパックのような円筒として視覚化できるようになりました。体積は、底面積（円）に高さを掛けることで計算できます。これから計算しやすいように、測定値はメートル単位のままにしておきます。

しかし、この氷の体積は、海面上昇量と直接結びつくわけではありません。氷の密度は920 kg/m ³であるのに対し、液体の水の密度は1,000 kg/m ³です。これは、水が凍ると密度が減少するという非常に奇妙な現象だからです。氷が溶ける際に一定_に保たれなければならない唯一のものは質量です。これを用いて、溶けた水の体積を求めることができます（密度 = 質量/体積）。なお、物理学者は密度を表すのにギリシャ文字のρを使います。

これにより、溶けた氷からの水の体積は約3.14 x 10 ¹⁶ m ³と、わずかに減少します。さて、ここからが問題です。この余分な水を地球の表面全体に広げてみましょう。正確には、海の上だけに広げます。では、地球の海の表面積はどれくらいでしょうか？地球は半径637万メートルの球体（ほぼその通りで、赤道付近は実際にはもっと広いです）だとしましょう。この球体の表面積を計算してみましょう。この表面積のうち、約70%は水です（よく考えてみると、とんでもないことです）。つまり、海の表面積は次のように計算できます。

この溶けた氷（つまり水）が海全体に広がっているところを想像してみてください。もし海が正方形だとしたら、溶けた水は海と同じ面積を持つ平らな長方形の箱になり、深さは海面上昇量に等しいでしょう。この水位上昇量を求めるには、溶けた水の体積を海の面積で割るだけです（ここで、すべての単位をメートル、m ²、m ³で表すのがなぜ便利なのかがお分かりいただけるでしょう）。

さて、さて、こういう計算に私が愛用しているツールをご紹介しましょう。Pythonです。はい、これらすべてを非常に短いPythonコードで実現しました。一番良いのは、私の推定値を変更できることです。「鉛筆」アイコンをクリックして、より良いと思う値を入力できます。私は気にしませんし、知ることさえありません。

これがどれほど深刻な事態になるかお分かりでしょう。たとえ私の推定が多少外れていたとしても、海面上昇が著しくなる可能性があることは明らかです。そうなれば大変です。

これはあくまでも近似値であることに注意してください。海面上昇によって浸水する陸地面積の減少は考慮していません。浸水すれば広がる面積が増えるため、実際には海面上昇は抑制されます。しかし、たとえ地球全体（陸地を含む）に水が広がったとしても、海面上昇は62メートル（203フィート）になります。ちなみに、地球の曲率は考慮せず、地球は平面であると仮定しています（地球平面論者なら喜ぶでしょう）。しかし、海面上昇は地球の半径に比べて非常に小さいため、この近似値は妥当だと思います。まあ、推定値としては妥当ですが、それがもたらす災害としては妥当とは言えません。

北極の氷冠

しかし、北極の氷が溶けているのはどうでしょうか？かなりの量の氷が溶けているとはいえ、海面上昇には寄与していません。大きな違いは、北極の氷は水に浮いているのに対し、南極の氷は陸に浮いていることです。なぜこれが重要なのでしょうか？物理学の古典問題を例に挙げて説明しましょう。コップ一杯の水に大きな氷が一つ入っていると想像してみてください。固体の氷の密度は液体の水の密度よりわずかに低いため、氷は水に浮かびます。こちらは水に浮かぶ氷の図です。

なぜ物は浮くのでしょう? 不思議に思われるかもしれませんが、これは重力によるものです。コップ一杯の水があり、その中は何も動いていない (流れがない) 状態を想像してください。コップの真ん中の水の一部を取り出し、そこに作用する力を見てみましょう。これは各辺の長さがsの小さな立方体の水だとします。水の塊は静止しているので、この塊にかかる力の合計はゼロでなければなりません。これは静的平衡状態にあるすべての物体に当てはまります。水の塊に作用しているはずの力の 1 つは、下向きの重力です。この力の大きさは、(水の塊の) 質量と重力場 (地球の表面上で g = 9.8 ニュートン/キログラム) の積として計算できます。

では、水を押し上げる力は何でしょうか？答えは、より多くの水です。そうです、このブロックの下の水が、その上にある水（元の水のブロック）を押し上げているのです。これが水が静止している唯一の方法なので、これは真実であるに違いありません。この水からの上向きの押し出す力を浮力と呼びます。小さな水のブロックにかかる浮力は、水を引き下げる重力と等しくなければなりません。

さて、この水ブロックを全く同じ大きさの金属ブロックに置き換えたらどうなるでしょうか？金属ブロックの外側にはまだ水があります。水ブロックがあった時と同じように、金属ブロックを押しているはずです。つまり、水ブロック（金属ブロックではありません）の重さに等しい上向きの浮力が得られます。この金属ブロックの場合、その浮力は浮かせ続けるには不十分で沈んでしまいますが、それでも浮力は依然として存在します。

では、これは北極の氷とどう関係があるのでしょうか？氷が水に浮いている場合、液体の水を押しのけます。しかし、氷は浮いているので、氷と同じ質量の水を押しのけます。さて、氷が溶けたと想像してみてください。氷が固体から液体に変化すると体積は変化しますが、質量は変わりません。溶けた氷（つまり、新しい水）は、氷が押しのけたのと同じ体積の水を占めます。何も変わりません。

コップ一杯の水の中の氷が溶ける話に戻りましょう。氷の塊が溶けても、コップの中の水位は変わりません（蒸発がないと仮定した場合）。だからこそ、北極の氷は心配する必要がないのです。心配する必要があるのは、気候変動の兆候であり、海面上昇とは関係ないからです。

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