この授業、とくにわたしの担当部分の対象とする領域のイメージは、 たとえばこの図のようなものである。 [図1: 気候システムの概念図] (U.S. Comittee for GARP, 1975)。 これは「気候システム」と呼ばれるものを説明する図である。 これはサブシステム(部分システム)としての大気・海洋・ 雪氷をからなっている。 いろいろな人によるこれ以後の改訂版の図では、 陸面と生物圏も追加されている(たとえば木が植えてある)ことが多い。 そして、サブシステムどうしの間に相互作用がある。 図には、大気・海洋・雪氷の間の物理的相互作用 (質量(水)・エネルギー・運動量の交換...ここではまだ詳しく説明しないが) か含まれている。
これはもちろん地球全部ではない。 海洋の深さは平均約4 km、最大でも約11 kmだし、 大気の厚さは定義のしかたにもよるが約100 km以下と見てよいだろう。 陸面や海底をどれだけの深さまで含めるかは具体的問題によるが、 ふつう1 mから1 kmの桁である。 地球半径(4万km/(2π)、πは円周率)に比べればごく浅い層だ。 【「薄い」という表現は「希薄な=密度が低い」という意味になりうるので避けた。】 地球の固体または液体である部分の表面の付近の浅い層という意味で、 地球の表層と言ってもよいだろう。
地球科学あるいは地球システム論の対象としては、 この表層以外に、 大部分が固体である(外核は液体だが)地球内部を扱うものもあるし、 ふつう大気という部分よりもっと上の、ずっと希薄だ(密度が低い)が それなりに物質がある空間(便宜上「地球外部」と呼んでおこう)を扱うものもある。 地球内部・表層・外部の間ではいくらかの相互作用があるが、 それぞれの特徴的現象の時間スケールがかなり違うこと、 エネルギー源が違うこと (内部では地球内部の放射性元素から、表層と外部では太陽から)、 循環するおもな物質が違うことなどから、 それぞれを別々のシステムとして扱うことは有効だろう。 [図2: 地球科学の対象領域--地球物理学科ふうの世界像] (増田, 1991)。
地球システムのうち表層の部分を表現するには次のような図もよく使われる。 [図3: 地球システムのうち流体・生物関係のプロセス] これはNASAの地球システム科学に関する諮問委員会の1986年の報告書のものである (そこにはもうひとつ地球内部を扱う図があった)。 その後現在も続いているIGBP (地球圏・生物圏国際共同研究計画)という 国際研究計画の関係の出版物では、この図の改訂版のようなものがよく使われる。
【大気や海洋を上下に分けて書いてあるのは、 現実の反映というよりは人間の側の認識のつごうである。 上側を扱う地球物理学者と、下側を扱う地球化学者や生態学者とが 別々に学問を発達させてきたという事情による。 もちろん、両方を結びつけた仕事が必要になることも多い。】
地球の立場ではなく人間社会の必要性からとらえた議論の場合、 「地球システム」という用語で主として地球表層のシステムをさすことが多い。 (地球内部が全く関係しないわけではないが、外部要因とみなすことができる。)
この意味での地球システムは、 島津康男 (島津ほか, 1975)が言うように、 (物理的)自然システム、 生物システム (生態系)、 人間システム (社会)の3つに分け、それぞれが相互作用するものとして とらえることができる [図4: 島津康男のいう「地球トータルシステム」]。 ただしもちろん、この3つは厳密に分かれているわけではない。 (たとえば、人がものを食べることは、物質・エネルギーの移動でもあるし、 食物連鎖の一部でもある。)
自然システムが人間システムに影響を与えていることは当然のことである。 人間社会のありかたが自然環境によって完全に決定されるという 強い環境決定論はたぶん正しくないと思うが、 環境が社会を大きく制約するという弱い環境決定論は正しい。 人間システムが自然システムに与える影響も、 少なくとも現代には、無視できない。 ここで「無視できない」というのは、 それによって自然が変化し、人間社会に対する制約条件が変化すること、つまり、 人間→自然→人間のフィードバックを考えることが必要になったという意味である。 農業の始まりは生態系に大きな影響を与え、 その変化がその地域の人間社会に影響を与えたことは確かだが、 物理的自然システムに対しても(その変化から人間システムへのはねかえりが無視できないような)影響を与えたかどうかには賛否両論があるようだ。 しかし産業革命以来 [この用語についての言いわけ] の人間活動からの影響が大きいことはまちがいなく、 ことに20世紀後半には、 そのうちに全地球規模(global)で働くものもあることが明らかになった。 「地球環境問題」という用語はいろいろな意味づけができるが、 わたしは、「人類が生存を続けるためには、 このフィードバックループ(とくに全地球規模のもの)を考慮し、 それを制御していかなければならない」という問題なのだと思う。
【1920〜1950年には、 今から思えば人間から自然システムへの影響はすでに無視できなくなっていたのだが、 当時の人々は、自然システムはじゅうぶん大きいので、 人間活動からの影響は無視できるという感覚をもっていたようだ(Weart, 2003)。 もっとも、昔の人がずっと人間活動からの影響は小さいと思っていたわけではない。 アメリカ合衆国の独立前後(産業革命前)には、農業開拓が気候を変えるという考えを もつ人が多かった(Fleming, 1998; Chastellux, 1772)。 ただし、開拓による気候変化は人類にとって害ではなく利益になるほうに向かうと考えられていた。】
地球温暖化は、この地球環境問題の一側面であり、 人間→自然→人間のフィードバックの典型であると言える。 けっしてその圧倒的大部分ではないが、無視できる問題でもないと思う。
温暖化については 別の回で扱う。
自然システムの状態がある幅のうちに安定しているとき、 生態系はそれに適応した形をとる。 自然システムの状態が変化すれば、生態系はその変化に適応しようとするだろう。 しかし、第1に、変化が速すぎると生態系の適応が間に合わないおそれがある。 第2に、気候の変化に対する生態系の適応のしかたのひとつは移動することであるが、 人間活動の影響として(温暖化を起こす大気成分改変のほかに)土地利用改変があり、 たとえ自然植生が残されていても、 農地、牧場、都市、ダムなどの構造物によって分断されているので、 適応能力は下がっていることに注意が必要である。 土地利用改変はとりかえしのつかない場合もあるが、 人類として、これ以上生態系の適応能力を低下させないための努力をすべきだろう。
人間社会も、自然システムおよび生態系の状態に適応して発達している。 このため、気候が大きく変化すると、 その影響は人間社会にとって得になるものよりも損になるものが多くなると 予想される。 また、得をする人と損をする人は同じではなく、埋め合わせは困難である。 したがって、気候の変化を小さくとどめるべきだという価値判断は正当だと思う。 ただし、気候を変化させる要因は人間活動の影響以外にもある。 また、残念ながら、温暖化は軽減はできても止めることはできない見こみである。 人間社会の気候変化への適応範囲を広げることは、いずれにしても必要である。