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小笠原の科学
小笠原を訪ねるにあたり、いろいろなことを予習してゆきました。その中で特に興味をひかれたことについて、予習したこと、現地で教えていただいたこと、復習したことを取りまとめます。
なお記載している内容は、私が個人的に調べてまとめたものです。ですから正確性を欠いた情報です。予めご承知おきください。・・・一部にウソも書いてます(笑)。
情報掲載日:2016年11月06日
『グリーンフラッシュ』について
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小笠原に住んでいた南洋系の人々の間で何百年も言い伝えられた伝説

 小笠原が歴史に登場するよりはるか昔、南洋から小舟でやってきた人々が、平地に小さな村を作って暮らしていた。
 島には木の実が実り、海にはたくさんの魚がいて、人々はつつましくも穏やかに暮らしていた。

 しかしある日、島に大きな船がやってきて、武器を持った人が島の平地の村を横取りしてしまった。
 もともと島に暮していた人たちは、仕方なく山の向こうの小さな浜辺に移り住んだ。
 その土地は水に乏しく、また風が強くて木の実が実らない場所だった。

 暮らしは日に日に苦しくなってきたので、人々はやむなく、攻め入ってきた人間と戦い、村を取り戻すことにした。
 穏やかに暮らしていた人たちは、武器の作り方を知らず、石や木の枝で戦ったが、勝ち目はなかった。
 そして、戦った人たちがみな倒れた時、神の声が聞こえ、海がせりあがり、海辺の村をすべて飲み込んでしまった。
 結局、戦いをしていたものはだれもみな残らず海の流されてしまい、残ったのはたった一人の子供だけだった。

 山と磯しかなくなってしまった島に一人残されたその子は、なすすべもなく三日三晩泣き続けた。
 そして泣く力も、流す涙も果てしまい、最後には真っ赤な夕空を見ながら、昔見た穏やかな砂浜の海の水と同じ色の涙を流して、西の磯から身を投げた。
 その涙は、日の沈む遠くの深い青い色の海まで流れ着いた。
 それ以来、その子の悲しみがはれない日は、夕暮れの空は赤く染まり、悲しみを忘れられた日は、夕日が涙の色を映して緑色に見えた(グリーンフラッシュ)。
 そしていつか悲しみが消えた日には、太陽は海の青と同じ色に輝きながら沈んでゆくが、未だにその日は訪れていない、と言われている。

ここまではウソです(m(_ _)m)。・・・こんなお話はありません。すみません。

ホントは、ハワイやグアムではグリーンフラッシュを見たものは幸せになれるという言い伝えがある、との話を小笠原で聞きました。
グリーンフラッシュのイメージ
[ グリーンフラッシュのイメージ ] - 写真は模造品です。こんなに雲の多い日には、グリーンフラッシュは見られないはずです(笑)。
グリーンフラッシュとは、大気がプリズムのように、夕日の光を波長(色)ごとに異なる角度で屈折させて(分散させて)、緑色の光の部分だけが見える現象です。
プリズムは光をその波長ごとに、赤 黄 緑 青 紫の順で分散させます。同じような現象が大気中で発生すると、虹が見られます。これらの波長は、大気中では赤に近いほうが長く進むことができ、紫に近づくほど大気に吸収され(減衰し)てしまう性質を持っています。
そのため、普段の夕日は赤や黄色に見えるのです。
また下図の(a)で示す通り、プリズムによって分散させられた光は、赤に近いほど大きく屈折してしまいます(屈折率が高い)。つまり緑や青、紫のほうがより遠くまで到達することができることになります。
つまり、大気中では赤や黄色が透過しやすいのですが、緑や青、紫の屈折率が高い、つまり、太陽光が大気に吸収されなければ、夕日はまず赤く染まり、次第に黄色くなり、やがては緑色、青、紫へと色を変えながら地平線に沈んでゆくように見えるでしょう。
しかし実際は、下図の(b)に示す通り、大気によって緑や青、紫の光がより吸収されてしまいます。光のこの性質により、ほとんどの夕日は、最も透過率が高い赤に近い色になってしまいます。そのため、グリーンフラッシュはなかなか見られない現象とされているのです。

逆に言えば、グリーンフラッシュは、大気が澄み切った日に発生しやすい現象と言えます。とはいえ、グリーンフラッシュを見ている場所だけ空気が澄んでいればよい遠いことではありません。
太陽が沈む水平線と、さらにその先の大気が一定以上澄んでいる必要があります。
参考ですが大雑把な計算では、身長160cmの人が浜辺などで夕日を見る場合、約5km先の水平線を、標高170mのウェザーステーション(三日月山)展望台からは、約50km先の水平線を見ていることになります。これは下図のAの距離に相当します。
しかし水平線の先にも、丸い地球の大気があります。太陽光に影響を与える大気の厚さを100kmとした場合はおおよそ1,200km、ジェット旅客機の巡航する高度(地上の1/4程度の気圧)までの大気の厚さだけを考えても、おおよそ400kmの距離があります。これは下図の@の距離に相当します。
つまり、グリーンフラッシュを見るためには、夕日を見ている場所から少なくとも400km以上、もしかしたら1,200km以上、空気が澄んだ状態である必要があります。1,200km先というと小笠原からは、真西の沖縄本島の北端あたりになります。この空間で雲などの空気の濁りが少ない、という条件はとても厳しいのではないでしょうか。
この条件を満たしていれば、グリーンフラッシュより稀なブルーフラッシュが見られるかもしれません。さらにパープルフラッシュなんてもの・・・ないか。
※参考の計算値は、夕日を見る人の視線の高さと、地球の大きさをもとに計算したものです。潮汐による海面の歪みや、光の屈折率、大気の密度や透過率などの諸条件は考慮していません。

なお太陽の光の成分は、実は緑色付近の色が最も多く含まれていて、次に赤や黄、最も少ないのが青や紫です。
[ グリーンフラッシュの仕組み ]
『南島』について - 沈水カルスト地形
小笠原を訪ねる大きな目的の一つは、南島の扇池を見ることでした。海蝕洞門が形作る入江である扇池は、「紅の豚」(スタジオジブリ / 1992年)の主人公「ポルコ」が、飛行艇の発着場としている秘密のアジトのモデルではないか、とも言われています。今回、まずはその扇池を見ることができ、さらに池の中まで入ることができて大満足でした。
さて、この扇池、ひいては南島とはどんな島なのか、旅立つ前に調べたことと現地で教えていただいたこと、帰ってきてから調べたことをまとめます。
扇池の中から撮影した、海蝕洞(扇池のアーチ)
南島の成り立ち、扇池・海蝕洞の成り立ち
  南島はサンゴ由来の石灰岩で形成された陸地です。大昔、プレート移動の影響を受けた造山活動による海底火山の噴火や隆起で、このあたりの海底が島や浅い海になりました。島とは、海底にできた山の頂上が、海面に頭を出している状態の地形です。そこにサンゴが生育してサンゴ礁となり、島の土台になる石灰岩が作られてゆきました。
その後の氷河期に起きた、海水面低下でのために島とその周りのサンゴ礁が海面に露出する形となります。このように主に石灰岩でできた地形がカルスト地形です。石灰岩は雨水などで浸食されやすい性質があります。露出した陸地に雨が降り、雨水が地下に染み込んでゆく過程で浸食され鍾乳洞(石灰岩が水で溶けだして、空洞ができた穴)ができます。
そして、その後の風雨で鍾乳洞の上の天井になっている部分が陥没して、ドリーネ(独:陥没孔 / 縦穴)という窪地が形成されます。その窪地が扇池や鮫池の原型となります。そして氷河期が終わり温暖期になると、暖められた海水の体積が大きくなり、また極地の氷の氷や氷河が溶けだして海面が上昇します。そのため一旦陸地となったこのあたりが再び海に沈みます。それが南島などの「沈水カルスト地形」と呼ばれる地形です。つまり、カルスト地形が水に沈んだ(沈水した)ので、沈水カルスト地形、というわけです。
ドリーネの周りの部分は壁のように、陥没した穴と海を隔てていましたが、その壁も波により浸食され、やがて海とつながる穴が穿たれ、扇池の海蝕洞のアーチがとなります。
   プレート移動の影響を受けた造山活動による海底火山の噴火や海底の隆起で、このあたりの海底が島や浅い海になりました。  
造山活動による海山、陸地(島)、浅瀬の形成
   島の周りや海の浅い部分でサンゴが生育してサンゴ礁が拡大し、それが石灰岩となります。このサイクルが長い期間繰り返されて石灰岩が重なり続け巨大な岩塊となり、カルスト地形の土台となってゆきます。
サンゴ礁による石灰岩の形成
   氷河期になると、極地の氷や氷河が増え海水量が減少します。また海水自体の体積が小さくなることで、海水のかさが少なくなり海水面が低下します。海水面の低下により、陸地とその上にある石灰岩の巨大な岩塊部分が海水面に露出し、カルスト地形となります。
海水面の低下による石灰岩の露出 - カルスト地形の形成
   海水面に露出したカルスト地形の陸地に雨が降り、雨水が内部に浸透しながら石灰岩を侵食します。浸食が進むと、その部分は穴となり、鍾乳洞が形成されます。また石灰岩の表面も、風雨により浸食され風化してもろくなってゆきます。
カルスト地形の浸食と鍾乳洞の形成、風化
   やがて浸食や風化が進むと、石灰岩が崩れてしまいます。鍾乳洞の天井にあたる部分が崩落すると、ドリーネと呼ばれる窪地ができます。
南米ではこのようなドリーネに湧く泉をセノーテと呼び、神聖視する文化もあります。


←セノーテってば、こんな感じ
鍾乳洞の天井の崩落 - ドリーネの形成
   氷河期が終わり海水面が上昇すると、海水面に露出していたカルスト地形が再び海に沈みます。これを沈水カルスト地形と呼びます。沈水カルスト地形の壁の中に水が入り込むと、扇池や鮫池のような池が形成されます。扇池は、壁面に海水の浸食などより穴が開き、海水が入ってきた地形です。こののような穴を海蝕洞と呼びます。
また、ドリーネを含め壁面すべてが海に沈むと、ドリーネは海中の深い穴になります。この部分は周りの浅瀬に比べて深い青色に見えることから、ブルーホールと呼ばれています。


←ブルーホールってば、こんな感じ
海水面上昇による水没 - 沈水カルスト地形の形成
  上記は南島の概略図です。島のほぼ中央に扇池とそれを取り囲む砂浜があります。これがドリーネということになります。しかしよく見ると、島の両端にもいくつもの入り江があります。そのうちの一つは、南島への主な上陸地点となっている鮫池です。鮫池も昔は海蝕洞のある入江だったのかもしれません。それが浸食されて崩壊し、完全に海とつながった入江になったようにも思えます。
また、鮫池の外側にある a の入江、扇池を挟んで島の反対側にある b、c、d も、同じような入江ではないでしょうか。そう遠くない将来、扇池のアーチも浸食されて崩落し、鮫池やほかの入江と同じような地形になるのかもしれません。
日光 華厳の滝は1986年に滝口の一部が崩落して、その景観を大きく変えてしまっています。南島の扇池も華厳の滝も自然の景色ですから、時とともにうつろうのは仕方がないこととはいえ、この美しさがいつか変わってしまうと思うと寂しいものを感じます。
陰陽池について - 実はセノーテ的な・・・
  南島の写真を見ているときに、扇池の隣に小さな池があることに気が付きました。そのときは、扇池のように沈水カルスト地形が作った入江か、ドリーネ様の窪地に雨水がたまったものだろう、ぐらいにしか思っていませんでした。 実際に南島を訪ねて、ガイドのまりなさん(小笠原観光(有))のお話を聞くと、陰陽池という名前があり、ずっと枯れたことがない淡水に近い水(汽水)(※)を湛えた池だということを知りました。
南米にはカルスト地形のドリーネから地下水が湧き出している、セノーテという泉があります(実際に見たことはありませんが・・・)。セノーテも長い間枯れることはなく、現地の人の水源として利用され、信仰の対象ともなっています。セノーテは、ドリーネに形成された地下河川が、現在は地下の泉となった地形です。
もしかしたらこの陰陽池もセノーテと同じような地形ではないか、と妄想してしまいました。南島は、十分な水量を供給できそうな地下河川を持つ面積はありませんから、きっと池の周りの石灰岩の隙間に雨水がたまり、それが一定量の水を湛水する貯水槽の役割を果たして、陰陽池の水位を保っているのではないか、と思ったりしています。
いや、実は、父島とつながる巨大な地下鍾乳洞があり、それが淡水をもたらしているのでは???と、川口浩探検隊 世代の私はさらに妄想を膨らませるのでした。 なお、陰陽池は別名、カモ池ともよばれ、太平洋を渡る渡り鳥の貴重な営巣地になっているそうです。この池で羽を休める鳥たちが持ち込んだ胞子が根付き、貴重(絶滅危惧種?)な藻(カワツルモ?)が自生しています。
※:ガイドさんのお話では、風に乗った海の塩水が池に入り込んでいるか、海の水が染み込んでいるかわからないけれど、汽水湖になっているそうです。
南島 - 扇池と陰陽池
陰陽池の秘密!の妄想
『アンドロメダ』を見た!ような気がする
天の川(銀河)とアンドロメダ星雲を見ることも、小笠原に渡った別の目的の一つでした。小笠原は周囲1,000kmに大きな都市がないため、星空を眺めるうえで大きな障害となる光害(町の光などで星の光が見えにくくなる現象)を受けにくい場所です。そのため、可能なことなら小笠原に滞在する間は、毎晩星を眺めに行こうと思っていました。
おがさわら丸に乗船した日には、滞在期間中ずっと晴れの予報だったのに、到着日に見た予報では、ずっと曇りか雨の見込みに変わってしまっていました。そのため、初日の晩は泣く泣くビールに溺れておりました。しかし!酔った眼に映った空には、星が輝いておりました。最近の天予報は正確ではありますが、晴れるかどうかビミョウな場合は雨や曇りに倒す傾向があるように感じます。
酔っているため、原付バイクで観測に適した場所まで移動することはできません。宿の前の海岸に出て、星空を撮影することにしました。その時撮影したうちの一枚です。
天の川〜♪
扇浦で捉えた流れ星
宿は父島の西海岸にあり、市街地や停泊中のおがさわら丸の照明をモロに被る条件でした。周囲1,000kmに大きな都市はなくても、わずか数km先に煌々と光り輝く町があれば、最良の撮影条件とは言えません。空を読まずに酒を飲んでしまった自分を後悔しながらも、ここ数年で最良の天の川を撮ることができました。小笠原の町と天の川を写した写真は、メインページに掲載して、壁紙にもしました。
しかし、もう一つの重要な目的だったはずの、アンドロメダは肉眼では見ることができませんでした。星図上アンドロメダは、天頂に近い天の川の東側に見えるはずです。事前に調べたところでは、肉眼で見た場合のその見かけの大きさは、満月の5倍程度とのことだったので、十分に見られると踏んでいました。
それでも、レンズをアンドロメダ星雲の見えるであろう方向に向け、1分ほどシャッターを開くと、何となくうすぼんやりと雲のようなものが写っていました。さっそく宿でパソコンに取り込み、調整してみたところ、おそらくアンドロメダ星雲であろう光を捉えることができていました。
天の川の近くで輝くアンドロメダ星雲・・・と思われる天体の光
大画素数で撮影したとはいえ、超広角レンズでこれほど大きく写るとは思いませんでした。250万光年離れ、幅30光年にも達し、何千億以上の恒星の集団である天体がこのファイルに収まっていると思うと、何とも言えない何かこういった、あんなような、そんなような(言い表せない・・・)気持ちになります。
そのデータを見ながら、明日こそは酒など飲まずに、闇深い場所へ出向いて星空を堪能しよう!と決意を新たにしたものの、翌晩は曇り→再びビール!、その次の晩、最後の夜に至っては恨み雨→ビール&冷酒、となってしまいました。最初の晩のチャンスを生かせなかった悔しさがこみ上げてきます。