人と地球にやさしい生活

［ 地 中 熱 ］

　 井戸水は夏冷たくて冬は温かい。誰もが知っていることだが、現代の日本人は、日常生活でそんなことを感じることもなくなった。

　 井戸水が夏は冷たく冬には温かく感じるのは、井戸水の温度が一年中変わることがないから。その理由は、地下の温度が一定だからだ。地下の温度が一定となる深さは、およそ10m以上と言われている。地表は昼の間太陽に温められ、夜になると熱を放射して冷える。日々それを繰り返しつつ、夏は地表近くの温度が高く冬は低温になるという季節変動を繰り返す。

　 この地表での熱バランスの平均温度が、その土地での地下深くの年間を通しての一定温度となる。したがって、土地によって温度は異なるのだが、日本では15℃前後である。

　 この地下の温度を夏は冷熱源に、冬は温熱源に利用することによって冷暖房の省エネルギーが可能となる。外気をいったん地下の温度（約15℃）に熱交換してから、さらに冷暖房する方法だ。

　 床下の蓄熱とは違い、地中の熱そのものを利用するので、「地中熱」と呼ぶ。人が大地と感じる10m程度の地下の温度であり、人が住む地球上のほとんどの地域で利用が可能である。「大地の恵み」という表現がぴったりだと思う。

　 冷暖房の省エネルギーというと、何だか味気ない感じがする。15℃をさらに冷やして冷房に使うのではなく、地中の温度のままの方が心地よく感じられるのではないだろうか。昔は15℃でも「よく冷えたスイカ」と言って、喜んで食べていた。それ以上冷やす必要なない。

［ 地　 熱 ］

　 地熱発電などに利用される地熱エネルギーは「地球の贈り物」である。いったい、どのようなメカニズムで発生するのだろうか。

　 地熱は、地球が発する熱エネルギーである。その発生源の大半は、地球の中心にある金属質の『地核』に含まれる放射性物質が分裂・崩壊する時の熱に由来するとされる。実際に我々が利用する地熱エネルギーは火山直下のマグマ溜りの熱であるが、その源は地球を構成する物質による『核エネルギー』である。

　 地核で発生した熱エネルギーはマントルを通って地殻に達するが、エネルギーの伝達には『マントルの対流』が大きく寄与している。すなわち、マントルの最深部で地核と接する部分が、地核に熱せられて 3000℃まで温度が上昇し熱膨張により比重が低下する。軽くなったマントルは上昇し、地殻に熱を伝えて（1500℃以上）重くなり沈んでゆく。マントルは固体であるが、数万年単位で見れば流体として動いている。

　 高温のマントルが上昇してくる場所は一定であり、地表では海嶺となっている部分に相当する。またマントルの沈み込む場所は海溝やトラフに相当する。地殻と地殻に接した低温のマントル最上部（リソスフェア）を合わせて「プレート」と呼ぶ。プレートが、その下にあるマントルの流れに乗って移動したりぶつかり合ったりすることを説明したのがプレートテクトニクス理論である。すなわち、プレートが動くエネルギーも地熱である。

　 上記のマントル上昇部分、すなわち海嶺に相当する部分が地上にある世界で唯一の例はアイスランドであり、全土が地熱地帯といってもよく、その潤沢なエネルギーは暖房や温室、発電に利用されている。その他の地域ではマントルの熱を直接利用することはほとんど不可能であり、一般には火山の地下にあるマグマの熱を利用する。海嶺以外の場所でマントルが上昇して火山を形成することがあり、これをホットスポットと呼ぶ。ハワイ諸島の火山帯がホットスポットとして有名である。

　 環太平洋火山帯を形成するマグマは、太平洋プレートが周囲の大陸プレートにぶつかり、その下に沈み込んだ所でマントルや地殻あるいは海底堆積物の中の低融点成分が溶融したものである。場所によって「マグマのでき方もいろいろ」である。マグマは、比重が低く液体なので上昇し、比重の低い地殻付近に達したところでマグマ溜りを形成して火山活動のエネルギー源となる。

　 以上少し長くなったが、このマグマの熱エネルギーも源はプレートの運動エネルギー、さらに遡れば地核の熱エネルギーが変換したものと言うことができる。