地球環境科学過去の試験問題問題 1-1 水素原子に関し、原子、原子核、電子の３要素の「質量」及び「空間に占める体積」について述べよ。問題 1-2 環境中において、土壌の構成成分表面へ、特異的に強く吸着される陰イオンを列記しなさい。また、そのうちのひとつについて、吸着反応式を書きなさい。問題 1-3 土壌の構成成分と、これと接している水中のイオンとの間では、様々な化学反応が起きている。土壌の構成成分の例：構造末端（結晶表面）に Si － OH 基を持つ鉱物水中のイオンの例：ナトリウムイオンとカドミウムイオン上記の例を用い、土壌の構成成分と、これと接している水中のイオンとの間の化学反応に関し論述しなさい。なお、Si － OH 基の H は水素イオン (H ＋ ) として放出されやすい。問題 1-4 元素のうち、電子２個を放出して２価の陽イオンになりやすいものを列記しなさい（遷移元素も含む）。問題 2-1 次の文章の（）内に、下の枠内から適当な語句を選んで書き入れなさい。ただし、同じ語句を何回使用してもよい。土壌とは、（ ① ）である岩石が物理的・化学的・生物学的な（ ② ）作用により細粒化した（ ③ ）と、植物や動物などの分解によって生成された（ ④ ）の混合体である。そして、自然界では、この（ ③ ）や（ ④ ）の隙間に空気や水が存在し、生物の生存空間を形成している。この隙間全体を（ ⑤ ）と呼び、ここに存在する水を分類すると、 1）大きな間隙に保水され、（ ⑥ ）によって移動可能な重力水 2）それよりも小さな間隙内に（ ⑦ ）によって保水される毛管水 3）土粒子の表面に（ ⑧ ）などによって薄膜状に保水される結合水となる。なお、それぞれの状態で保水されている土壌水を取り出すために必要なエネルギーは一般に（ ⑨ ）で表すが、そのエネルギー範囲が非常に大きいので常用対数をとって（ ⑩ ）値で表すことも多い。一方、土粒子はその大きさ（粒径）によって（ ⑪ ）・（ ⑫ ）・（ ⑬ ）・レキに大別される。砂やレキを多く含む土壌では、大きな（ ⑭ ）の割合が高く、このような土壌に保持される土壌水の大半は（ ⑮ ）である。そのため、降雨や潅漑によって飽和しても、すぐに土壌は（ ⑯ ）する。これに対して、シルトや粘土を多く含む土壌では、（ ⑰ ）や（ ⑱ ）が多く、いったん飽和すると（ ⑲ ）されにくいという性質を持つ。したがって、作物を栽培する場合には、この両方の特徴を併せ持つような「土づくり」が必要となる。そして、このように両方の特徴を併せ持つ土壌を（ ⑳ ）構造に富んだ土であると言う。無機物分子間力重力水粘土団粒毛管水 pF 土粒子結合水重力排水毛管張力風化乾燥シルト有機物間隙砂水柱高：cmH 2O 問題 2-2 農学部の圃場において100cm 3 の容器に土壌を採取して実験室に持ち帰り、まず、その重さを測定したところ、容器も含めて250gであった。その後、これを炉乾燥して翌日にその重さを測定し、228gの結果を得た。次に、この土壌を水に浸けて飽和させた後、図のような装置にこの飽和土壌をセットして吸引したところ水柱高は10.0mとなって、42.0gの水が吸引された。 - 1 - これらの実験結果について、以下の問いに答えなさい。ただし、容器の重さは120g、土粒子の密度は、2.70g/cm 3 とする。また、計算結果は有効数字3桁で表示し、単位も記載すること。 1）この土の乾燥密度はいくらか。 2）この土の固相率はいくらか。 3）圃場から採取したときの土壌水分を体積含水率で表しなさい。 4）吸引実験時の水分張力をpF値で表しなさい。また、この時の体積含水率は何％になるか。吸水吸引装置水柱高土壌問題 3-1 図土壌水分張力測定装置の概念図次の文に，世界の水収支と日本の水収支に関する知識を整理した．カッコ内に数値や語句を入れて，文を完成させよ．地球全体で，1年間の降水量は平均で約（ ① ）mm/y である．地球の陸地では，年間降水量が725 mm/y で年間蒸発散量が417 mm/y である．この差し引きの308 mm/y は，（ ② ）へ（ ③ ）し，（ ② ）からの（ ④ ）に消費される．日本では，年間降水量が約（ ⑤ ）mm/y ，年間蒸発散量が約（ ⑥ ）mm/y，差し引きの約（ ⑦ ）mm/y が（ ③ ）成分である．なお、松山市の年間降水量は約（ ⑧ ）mm/y である．問題 3-2 それぞれ隣接した山林地流域と造成畑地流域で，ある降雨に伴う流出量を測定した．図 -１に，降雨量と各流域における流出量の経時変化を示す．この図から，山林地と造成畑地における流出特性の違いを４点（ ① ～ ④）説明しなさい．図中にも①～④の番号を付けなさい．問題 3-3 乾燥地域で、図 -2のようにヒマワリ畑に大量の潅漑が行われた。この潅漑後1ヶ月間、降雨が無く潅漑も行われなかった。このような場合には、畑で塩類化が起こる可能性がある。塩類化が起きるしくみを、潅漑後に発生する現象ごとに順を追って箇条書きで（番号をつけて）説明しなさい。また、箇条書きで説明した現象を（番号をつけて）図に描きこみなさい。図山林地流域と造成農地流域における流出量の比較潅漑 ① ①潅漑が行われる。 ② ③ ・・・・図乾燥地域で潅漑後、ヒマワリ畑で塩類化が起こる仕組み問題 4-1 以下の設問1, 2のいずれか1つ選択し、解答する問題番号を記入し答えなさい。 1） 1950年代～1960年代と現在の水質汚濁は大きく異なる。その相違点に関し汚濁物質、汚濁水域等について比較対比するとともに、なぜそのような汚濁の質的変化を引き起こしたのかその要因についても論述しなさい。 - 2 - 2）水質汚濁物質として近年、社会問題となっている化学物質を挙げ、その化学的性質、環境汚染物質としての特徴及び有害性等、さらにそのような化学物質が製造・使用されている社会的背景についても述べなさい。問題 4-2 今日の水質汚濁の現状、その要因および原因物質について、以下に①～③として項目を掲げている。これらの各項目に簡潔に答えなさい。 ①水質汚濁の現状 ②今日の水質汚濁を引き起こしている要因 ③水質汚濁の原因物質とその化学的特徴問題 4-3 以下の設問1, 2のいずれか1つ選択し、解答する問題番号を記入し答えなさい。 1）我が国の河川や沿岸海域などの水系における水質汚濁物質は、 1950年代～1960年代と現在では大きく異なる。その相違点に関し汚濁物質、汚濁水域等について比較対比するとともに、なぜそのような汚濁の質的変化を引き起こしたのかその要因についても論述しなさい。 2）水質汚濁物質として近年、社会問題となっている化学物質を挙げ、その化学的性質、環境汚染物質としての特徴及び有害性等、さらにそのような化学物質が製造・使用されている社会的背景についても述べなさい。問題 5-1 以下の図は、太平洋の東西端に位置する、ほぼ同緯度の２都市における、月平均気温 (折れ線グラフ)および月平均降水量（棒グラフ）である。 San Diego 降水量気温 400 30 25 20 15 10 5 0 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 足摺岬降水量気温 400 30 25 20 15 10 5 0 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 左図：ＵＳＡ、カリフォルニア州、San Diego (北緯32度44分、西経117度11分) …西海岸にある、太平洋に面した都市右図：日本、高知県、足摺岬 (北緯32度43分、東経133度1分) …高知県南西端の岬これを見ると、両地点の緯度はほぼ等しく、年平均気温もほぼ同じであるにもかかわらず、降水量(総降水量とその分布)、および気温の年較差(夏冬の差)には大きな違いがある。なぜこのような違いが起きるのか、その原因を考察しなさい。問題 5-2 (1) 大気中のオゾンには、地上付近で生成される対流圏オゾンと、30-50kmの上空で生成される成層圏オゾンがある。この二種類のオゾンが、地上の動植物に与える影響をそれぞれ簡潔に述べなさい。 (2) 周知のように、二酸化炭素が大気中に放出されると、温室効果により地球の平均気温は上昇する（温室効果ガス）。以下の物質が大気中に放出されたとき、二酸化炭素と同様に平均気温を上昇させるものには「上」を、ほとんど気温変化を起こさないものには「無」を、それぞれ右欄に記入しなさい。 (a) メタン (b) アルゴン (c) ハイドロフルオロカーボン (d) 一酸化炭素 - 3 - (3) 地球温暖化により、日本の年平均気温が３－５度上昇した場合、日本の農業が受ける影響を予想しなさい。問題 5-3 地球の気温は、様々な要因により決まる。いま、一つの要因だけが以下のようにそれぞれ変化し、他の要因が不変であると仮定したとき、結果として地球の気温は上昇するか、それとも下降するか、それぞれ右欄に「上」、「下」と記入しなさい。 (1) 地球の公転軌道の、軌道半径が増加する。 (2) 大気中のメタンの量が増加する (3) 地表面のうち、雪氷面で覆われている面積の割合が増加する。 (4) 大規模な火山の噴火が起きる。 (5) 下層雲の雲量が増加する。問題 5-4 もし、太陽放射が現在の値より0.1%増加したとすると、地球の有効放射温度Teは何度上昇することになるか。テキスト(4-3)式 4πR 2σTe 4=πR 2(1-A)S 0 および近似式 |x|<<1のとき、(1+x) n≒1+nx を利用して予想しなさい。 - 4 -