自然のつながり
私たちの生活は科学技術の発展と共に豊かになってきた一方で、もともとあった自然を破壊しつつあります。
ここでは生態系という自然環境とそこに生息する生物の関わり、私たちを取り巻く自然の恵みと災害、科学技術が発展してきた経緯とこれからについて学んでいきます。
それではこれらについて学習していきましょう。
自然のなかの生物
生態系
ある地域に生息するすべての生物とそれらを取り巻く環境（空気、水、土など）をまとめて「生態系」といいます。
例えば、水田ではイネをイナゴが食べ、イナゴをカエルが食べ、カエルをヘビが食べという関係が見られます。
このような食う、食われるという鎖のようにつながった一連の関係を「食物連鎖」といいます。食物連鎖は、光合成を行う植物から始まります。
食物連鎖は、全ての生態系で見られるものです。先ほどの食物連鎖は固定されたものではありません。
カエルはイナゴだけでなくバッタやチョウなども食べますし、ヘビだけでなく鳥類に食べられることもあります。
このように多くの生物は何種類もの生物と食物連鎖の関係にあり、生態系の生物全体では網の目のようにつながっています。
これを「食物網」といいます。
生産者・消費者・分解者
食物連鎖は光合成を行う植物から始まるといいました。
植物は自然界中の無機物から有機物を合成できるからです。そこで植物は生物界における「生産者」と呼ばれています。
草食動物は植物を食べることで生きています。これは草食動物が植物の作り出した有機物を栄養分として使うためです。
肉食動物は草食動物を食べることで有機物を得ますが、間接的に生産者が作り出した有機物を消費していることになります。
植物が作り出した有機物を直接あるいは間接的に食べる動物は生物界における「消費者」と呼ばれています。
動物は糞などの排出物を出します。また、生物はいずれ必ず死んでしまいます。
そういった排出物や死がいなどの有機物はミミズなどの土壌生物や菌類、細菌類などの微生物が無機物に分解しています。
そこでこれらの生物は生物界における「分解者」と呼ばれています。
生態ピラミッド
食物連鎖において、生産者である植物の個体数の上に消費者である草食動物、肉食動物の個体数を重ねていくと、ピラミッド形で表すことができます。
陸上、海中、河川中、土壌中と、どの生態系でも同様です。これを「生態ピラミッド」といいます。
各生物の個体数は、季節や年によって若干の変動はあります。
しかしある生態系における食べられる生物と食べる生物の数量の割合は、相当な事がない限りは一時的な増減はあっても、長期的に見ればほぼ一定に保たれ、つりあっています。
炭素の循環
生物のからだをつくる有機物には炭素が含まれています。この炭素は生態系をどのように移動しているのか見ていきましょう。
植物は二酸化炭素という形で空気中や水中から炭素を吸収し、光合成でデンプンなどの有機物をつくります。
消費者である動物は、植物やほかの動物を食べることにより、生産者がつくりだした有機物を取り入れます。
分解者である微生物や土壌生物は、動物の死がいや糞などの排出物、枯れた植物などに含まれる有機物を取り入れます。
植物、動物、微生物は、呼吸によって有機物を二酸化炭素と水に分解し、その過程で生命維持のためのエネルギーを取り出しています。
このとき放出された二酸化炭素は、植物に吸収され、光合成の材料として使われます。このように炭素は姿を変えながら生態系を循環しているのです。
自然環境の保全
人間による活動と自然環境
自然環境は常に同じではなく、徐々に変化することがあります。
例えば湿原になんらかの原因で新たな水が流れ込まなくなった場合、そこには土砂が少しずつ堆積されて行きます。
だんだんと陸地が広がっていくと、植物が生え、草原へと変化していきます。やがて草原は森林へと変化をし、それに伴いその環境で暮らしていた動物の種類も変わってきます。
このように自然環境はそこに生息する生物どうしの関わりによって少しずつ変化していくのです。
しかし、人間の活動によって急激に変化し、生態系のつり合いに大きな影響を与えてしまうことがあります。外来生物がその例として挙げられます。
外来生物
もともとその地域に生息しておらず、人間の手によってほかの地域から持ち込まれ、その後野生化して子孫を残すようになった生物を「外来生物」といいます。
有名なところではアライグマやブラックバス、ミシシッピアカミミガメ（ミドリガメ）などがいます。
このような外来生物によって、もともとその地に生息していた生物が一気に捕食され生息数が激減してしまいました。
なかには絶滅の危機に瀕しているものもあります。
生態系は、長い年月をかけ作り上げられてきたものです。
多種多様な生物が微妙なバランスでつりあいを保っています。
そのため1種類の外来生物が持ち込まれただけで全体のバランスが崩れ、生態系が崩壊してしまう恐れがあるのです。
自然の恵みと災害
大地の変動による恵み
地球の表面は、プレートと呼ばれる岩盤が何枚も組み合わさっています。
特に日本列島には４つのプレート（ユーラシアプレート、北アメリカプレート、フィリピン海プレート、太平洋プレート）の境界が集中しています。
これにより日本は地震や火山といった大地の変動が多く発生する地域といえます。
地震が起こると、大地が隆起や沈降を起こします。これにより多彩な地形が生み出され、特に入り組んだ入り江などでは漁業が盛んになります。
噴火によっても新たな地形が生み出されることがあります。
例えば鹿児島県のシラス台地は火山噴出物によってつくられた地形です。保水性に乏しい土地ではありますが、乾燥に強いサツマイモなどがよく栽培されています。
またマグマによる地熱は温泉や発電に利用されています。
大地の変動による災害
地震や火山は非常に大きな災害をもたらすことがあります。
地震はその揺れにより、建物の倒壊や地盤の崩れ、液状化現象などが起こることがあります。2次災害として火災が起こることもあります。
また震源地が海上だった場合、津波を引き起こす可能性もあります。
火山の噴火では噴石が飛んで建物などを壊したり、私たちに直撃したりこともあります。
火砕流が発生すれば様々なものがなぎ倒されてしまいますし、火山灰が降り積もった後に雨が降れば、土石流となって火山のふもとまで被害が及ぶこともあります。
気象現象による恵み
日本列島は、多少の地域差はありますが、年間を通して温暖湿潤な気候です。
この気候により豊かな森林や美しい自然の景観が生み出されています。
また梅雨や台風によってもたらされる雨や、冬に積もる雪のおかげで、農業用水や飲料水の確保も比較的容易となります。
気象現象による災害
一方で梅雨や秋雨、台風があまりにも発達したり長引いたりすると、豪雨となり洪水や土砂崩れなどが起きることがあります。
特に台風においては雨だけでなく強い風も要注意です。
また、大雪になると雪崩が起きる可能性も出てきます。ホワイトアウトが起こると交通にも支障が出てしまいます。
災害から身を守るために
自然災害が起こった場合に備えて、噴火に対しては砂防ダム、津波や高潮に対しては堤防が作られています。
地震が多い日本では、揺れに耐えられるよう建築基準も高く設定されています。
また大きな被害が予想されるときは気象庁から注意報、警報、特別警報が出されています。
しかし自然災害は事前にいつ起こるかを正確に予測できるものではありません。特に地震や火山に関しては、短期的な予測は非常に困難です。
そんな時、このような災害から身を守るためにつくられたのが「ハザードマップ」です。
これは様々な自然災害による被害を予測し、その被害範囲や被害の度合いを地図にしたものです。各自治体でつくられており、自治体によっては避難経路や避難場所なども掲載されていますので、是非一度は目を通してみてください。
科学技術と人間
科学技術と発展
人類は他の生物と異なり、科学技術を発展させ生活を豊かで便利なものへと変えてきました。
もちろん初めから今のような科学技術があった訳ではありません。
人類誕生から現在に至るまでに、どのように発展してきたのかを見ていきましょう。
人類が最初に利用した動力源は牛や馬などの動物の力です。
動物の津殻を使うことにより、重いものを運んだり大きな作業を行ったりすることができるようになりました。
利用する力は次第に、動物から水車や風車などの自然の力へと変化していきました。
その後、イギリスの科学者であるワットが蒸気機関を開発し、蒸気機関からガソリンなどの内燃機関、電気と、動力源は進歩していきました。
交通機関に関しても初めに利用されたものは馬などの動物です。
水上の移動は人力で動かす筏や風の力を利用する帆船が主流でした。しかし動力源で蒸気機関が発達してくると、それを利用した蒸気機関車や蒸気船が生まれ、一度に多くの人や物を運ぶことが可能になりました。
その後ガソリンや電気の利用により自動車や電車が発達してきました。
また、陸上、海上だけでなく、飛行機も生まれ、今まで以上に高速で移動することが可能となりました。
木や石など、物質そのものを利用していた人類ですが、次第に鉱石を製錬することにより金属を得られるようになりました。
当初は銅、青銅、鉄など数種類の金属しかありませんでしたが、次第にその種類を増やし、より軽いアルミニウムや強度の高い鉄鋼などが金属材料としてよく扱われるようになりました。
原油を分留することにより、石油だけでなくガソリンや灯油、軽油、重油などを生成することが可能となり、それらは燃料として使用されるようになりました。
また石油化学工業の発達により、プラスチックや合成繊維、薬品などの合成にも石油が使用されるようにもなりました。
人類は科学技術を発展させることにより、様々な事を便利にしてきました。
現在ではさらに発展させ、今までにない優れた機能を持つ新しい素材を開発しています。新素材には以下のようなものがあります。
- 発光ダイオード（LED）
- 形状記憶合金
- 超電導物質
- 炭素繊維
- iPS細胞など
情報・通信手段は特に著しい進歩を遂げてきました。
昔は遠くの人に情報の伝達を行う方法はのろしや太鼓、笛の音ぐらいでしたが、これにはどうしてもお互いに見える聞こえるという限界があります。
また手紙という手段もありましたが伝達速度は遅いです。
しかし19世紀にアメリアの発明家、モールスによって電気信号によって情報を伝える技術が生まれました。やがてイギリスの科学者、ベルにより電話が発達しました。
20世紀初頭には電波を使った情報のやり取りが可能となり、無線で情報伝達ができるようになりました。
そこからラジオやテレビ、携帯電話が開発され、情報はより早く、遠くへ伝えることが可能となったのです。
現在はスマートフォンなどのコンピュータの発達が特に著しく、今まで以上に小さな機器で多量の情報が発信、受信できるようになっています。
エネルギー資源の利用
人類のエネルギーの消費量は、18世紀の産業革命以降急激に増加しました。
現在の社会は電気に依存しています。
需要に合わせて安定的に電気エネルギーを供給するため、発電所により電気が作り出されています。
現在の主要な発電方法は以下の３つです。
- 火力発電
- 水力発電
- 原子力発電
各発電方法とそれぞれの長所短所をまとめました。
石油などの化石燃料を燃やすことで高温の水蒸気や燃料ガスを作り、タービンを回して発電します。
発熱量が多く、容易にエネルギーを取り出すことができることから、多くの国がこの発電方法を利用しています。
しかし温室効果ガスである二酸化炭素を大量に発生します。また化石燃料に限りがあることからずっと使い続けることは難しいです。
ダムなどの高い場所にある水の位置エネルギーを利用して水車を回し発電します。
発電時に二酸化炭素などを排出することがなく、熱も伴わないのでエネルギー変換率が高いです。
水さえあれば発電できるので再生可能エネルギーであるといえます。
しかしダムを含む非常に大きな設備が必要となりますので、建設時に自然環境を大きく壊してしまいます。
ウランなどの核分裂反応により発生した熱で水蒸気を作り、タービンを回して発電します。
火力発電同様熱を利用しますが、比較にならないほど莫大なエネルギーを得ることができます。
また、二酸化炭素も排出することがありません。
しかし原子炉内で生じた放射線が外に漏れると、被爆の危険があります。
使用済みの燃料の廃棄も難しく、ハイリスクハイリターンな発電方法です。
再生可能なエネルギー
上記の３つの発電方法には、それぞれ長所短所がありました。
特に最も利用されている火力発電においては、温室効果ガスである二酸化炭素が大量に排出されてしまうことから、現在自然の力を利用して発電できる再生可能エネルギーの開発が進んでいます。
再生可能エネルギーには、以下のようなものがあります。
- 太陽光発電
- 地熱発電
- 風力発電
- 波力発電
- バイオマス発電
- 燃料電池
これらの発電方法は将来にわたって長く利用できると、少しずつではありますが利用が進んでいます。
しかし、この単元で大切なことは「持続可能な社会をつくるためには、生態系を守り、物質や資源を未来に引き継いでいく必要がある」ということだと思います。
私たち人間も生態系の一つです。科学技術を活かし、自然と共存していくことが求められています。
