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淡水と海水の浮力の違いについて 〜

      2019/10/29

淡水と海水の浮力の違いについて 〜

淡水と海水は何が違うのでしょうか。簡単に言うと普通の水が淡水で、塩分の濃い水が海水というイメージがあると思います。「海水は体が浮きやすい」「死海プールでぷかぷか浮いた」という話を聞いたこともあるかもしれません。水に浮く力のことを「浮力」といいますが、淡水と海水ではどのくらい浮力が違うのでしょうか。そして、その理由は何なのでしょうか。淡水と海水の浮力の違いについて調べてみました。

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淡水と海水の違い

海水とは海の水のことです。海水には塩分が約3.5%含まれています。この塩分とは、食塩(塩化ナトリウム)だけでなく、塩化マグネシウム・塩化カリウム・硫酸マグネシウム・硫酸カルシウムなども含まれています。なので、3.5%食塩水=海水ではありません。

また、海水には微量の金属も含まれています。海水はミネラルの豊富な水なのですね。この理由は諸説ありますが、地球ができたときに降り注いだ酸性の水が岩石に含まれるミネラルと反応してできたのが海だといわれています。海から蒸発する水の量と、雨や川から流入する水の量が釣り合うため、現在でも海水が保たれています。

淡水は塩分濃度の低い水の総称で、塩分濃度が0.05%以下と定義されています。川や湖の水のほとんどは淡水です。ただし、海に近い川(汽水域)や死海などもあるので一概に川・湖の水=淡水とは言い切れません。
つまり、淡水と海水は塩分濃度が大きく違うのです。

浮力とは何か

プールに入ると体が軽く感じたり、大きな鉄のかたまりであるはずの船が海に浮いたりするのはなぜでしょうか。物が水に浮く力のことを「浮力」といいます。

浮力を理解するためにはまず「水圧」を理解する必要があります。水圧とは、水による圧力のことです。水にも重力がはたらくため、水にもぐると自分より上にある水がのしかかってきます。圧力に方向はないため、体が四方八方から水に押されることになります。(普段、陸にいるときは四方八方から空気に押されているのです。)これが水圧です。

水深が深くなるほど圧力は大きくなるため、水に潜ると自分の上にかかる圧力と下にかかる圧力には差が生まれます。下にかかる圧力の方が大きく体は浮き上がります。これが浮力です。浮力よりも重力の方が大きくなると物は沈み、重力よりも浮力の方が大きくなると物は浮かびます。浮力は、物が水を押しのけた分、水によって物を押し上げる力なのです。

海水の方が浮きやすいのはなぜか

では、なぜ海水の方が体が浮きやすい=浮力が大きいのでしょうか。浮力の大きさは物が押しのけた水の重さによります。海水であろうと淡水であろうと、同じ体積の物を沈めた時に押しのけられる水の体積は同じはずです。しかし、海水と淡水では比重が異なるのです。

海水には塩分がたくさん溶けているので、淡水よりも中身がぎっしりとつまっているイメージがもてます。実際、同じ体積の水の重さを比べると、淡水よりも海水の方が重くなるのです。つまり、海水の方が押しのける水の重さが大きい分、浮力も大きくなるのです。

ちなみに、死海は「海」という字が入っていますが実際は内陸にある湖で、周辺の土壌や温泉水の影響で塩分濃度が約30%です。海水の約3%と比べるとすさまじさがよく分かります。あまりの塩分濃度の高さに生き物がほとんど生息できないため「死海」と言われています。このような環境では浮力がとても高く、重りなしで潜ることが難しい程です。

浮力と日常生活の関係性

浮力の知識は日常生活でどのように生かされているのでしょうか。例えばボートや浮き輪は、中に空気を入れて膨らませ、水に浮かべます。もしもボートや浮き輪の中に空気ではなく鉄の塊を入れたらどうなるでしょう。水に沈んでしまいますね。重さは軽く、体積は大きく。水よりも比重を小さくすることで水に浮かぶよう工夫しているのです。

それでは、鉄でできたおおきな船はどうでしょうか。同じ鉄でも、塊のままでは沈んでしまいます。中に空間をたくさん作って体積を大きくすることで、押しのけた水の方が船よりも重くなるのです。

また、人間が水に入ると、浮力のおかげで体が軽くなったように感じます。このことを利用して、体に負担をかけずにトレーニングをすることができます。浮力について知ることは、人間の日常生活を豊かにしてくれます。

淡水・海水ダイビングの注意点

水にもぐるスポーツといえばダイビングです。ダイビングスポットの多くは海ですが、川や湖でダイビングを楽しむこともあります。淡水と海水の浮力の違いを知ることで、安全に楽しくダイビングをすることができます。

スキューバダイビングでは、命を守るためにスーツやBC(浮力調整をするジャケット)、空気タンクを身につけます。このままでは浮力が大きすぎて沈まないため、ウエイトをつけて潜ります。前述したように海水の方が浮力が大きいため、海のダイビングで身につけているウエイトのまま湖に潜ると、淡水の浮力ではウエイトが重すぎて沈んでしまいます。海水と淡水では身につけるべきウエイトの重さが変わるため注意が必要です。

淡水ダイビングでは海では見られない生き物や景色が広がっているので、海のダイビングとは違った楽しみがあります。ダイビング計画をしっかりたてて十分に準備してから楽しみましょう。

まとめ

川や湖で泳ぐときは、海よりも浮かびにくいことを念頭に置いて安全に楽しみたいですね。

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