地球温暖化 -- そのしくみの科学と、人間社会にとっての課題

立正大学 オープンカレッジ 2023年10月14日

要旨

ここでは「地球温暖化」と「地球温暖化問題」を区別することにしたい。「地球温暖化」は、全地球規模 (グローバル) の気候の変化のうち、とくに、人間活動を原因とする大気中の温室効果気体の増加によるものであり、原因として人間がからむが、自然現象である。「地球温暖化問題」は、「地球温暖化」によって人間社会にとって困ったことがおこるので対策が必要になるという、人間社会にとっての問題である。

全地球規模の気候の変化は、エネルギー保存の法則という物理法則を基本としてとらえられる。地球にとってのエネルギーの収支が収入過剰になれば温暖化、支出過剰になれば寒冷化するだろう。二酸化炭素は赤外線を吸収・射出するので、地球のエネルギー支出に影響を与え、その増加は成層圏には寒冷化、対流圏と地上には温暖化をもたらす。

地球温暖化問題の対策は、大きく、変化する気候に適応することと、気候を変化させる原因を小さくくいとめること (専門用語で 「緩和策」という) にわけられ、どちらも重要である。補足情報をこのウェブページ (次の URL) に置く予定。 http://macroscope.world.coocan.jp/ja/edu/ris/open_college/

スクリーンで見せる各ページの画像 (2けた番号は紙資料のページ)

序論

[01上左 表紙] [01上右 地球温暖化と地球温暖化問題] [本の紹介 (「参考資料」の部分書きぬき)]

気候とは、気候変化とは、地球温暖化とは、地球温暖化問題とは

[01下左 気候] [01下右 気候システム] [02上左 気候変化] [06下右 IPCCとUNFCCC] [02上右 地球温暖化と地球温暖化問題]

地球環境問題をシステム論的にとらえる

[02下左 物質・エネルギー循環系] [02下右 フィードバックシステム] [03上左 人間社会を制約する自然環境] [03上右 環境問題]

地球温暖化問題は人間社会にとってどんな課題か

[03下左 生態系] [03下右 エネルギー資源] [04上左 持続可能性] [04上右 ここまでのまとめ]

地球温暖化に関する認識は原因から結果に向かう思考によって発達した

[04下左 通説とちがう?] [地表温度の時系列グラフ] [06下左 科学史年表] [真鍋博士] [04下右 温暖化が観測される前] [05上左 理論的アプローチ]

[エネルギー収支のつりあった気候] [05上右 鉛直1次元モデル] [05下左 CO₂倍増への定常応答] [06上左 フィードバック] [06上右 大まかな温暖化の見通し]

IPCCがはじまった

[06下左 科学史年表 (再)] [06下右 IPCC, UNFCCC (再)]

地球温暖化の予測型シミュレーション

[07上右 何を与えて何を予測するか] [07下左 予測型シミュレーション] [07下右 世界平均地上気温の見とおし]

地球温暖化は止まっていない

[08下左 温度の上昇は停滞することもある] [08下右 エネルギーの増加はとまっていない]

確かなこと、不確かなこと

[09上右 ローカルな気候変化のむずかしさ]

地球温暖化にともなう水循環の変化

[09下右 水蒸気がふえる、大雨が強まる] [10上右 降水量の格差が強化される] [10下左 雪は減るがふえるところもある] [陸上の水不足のおそれ]

地球温暖化問題を増田はどうとらえているか

[07上左 人間社会にとって困ること]

予備スライド

[10下右 本などの紹介]

[ENSOなどの気候変動] [ふろおけモデル] [05下右 温暖化のしくみの説明]

[08上左 検出と原因特定の議論] [08上右 検出と原因特定の研究例] [09上左 可能性と確信度] [09下左 急激な気候変化のむずかしさ] [10上左 水循環加速?]

[懐疑論について] [脅威論について]

本の紹介

地球温暖化のしくみについて

• 渡部 雅浩, 2018: 『絵でわかる 地球温暖化』。講談社。 [読書メモ]
• 真鍋 淑郎 [しゅくろう]、アンソニー J. ブロッコリー 著, 増田 耕一、阿部 彩子 監訳、宮本 寿代 訳, 2022: 『地球温暖化はなぜ起こるのか -- 気候モデルで探る 過去・現在・未来の地球』 (ブルーバックス B2202)。講談社。 [日本語版についての読書メモ] [英語版についての読書メモ (1)] [(2)] [(3)] ... 第1章以外はやや専門的。

地球温暖化と地球温暖化問題

• 国立環境研究所 地球環境研究センター 2014: 『地球温暖化の事典』。丸善出版。 [読書メモ]

[地球温暖化とはどんな問題か] (東京都立大学 公開講座 2019年度)

(もうすこしくわしく知りたい人のための参考として)

講義の場での質疑応答

10月15日に、思いだせるかぎりで文章にしました。

• 問: 太陽フレア、地軸の傾き、地球内部の変動も、気候に影響をおよぼすのではないか。
• 答:
  • 太陽が出す光 (可視光以外の波長もふくむ) のエネルギー流量の変化は気候を変化させる重要な要因のひとつである。 それがふえれば地球のエネルギー収入がふえるので気候は温暖化するだろう。 減ればエネルギー収入がへるので寒冷化するだろう。 ただし、これまで45年ほどの観測によれば、このエネルギー流量は約11年周期の振動型の変化をしめすが、 その振幅はエネルギー流量自体の千分の1程度である。 したがって、定量的な意味で、この期間の気候の変化の重要な原因ではない。 将来、もっと大きな振幅の変化があれば、温暖化や寒冷化の原因となることがありうるが、 まえもって予測することは困難である。
  • 太陽フレアは 1日のけたの短時間の現象であり、十年以上のけたの気候にとって重要にはなりにくい。 しかし、太陽からは常に陽子などの粒子の流れ (「太陽風」とよばれる) があり、 それがフレアのときには強くなることが知られている。 この粒子の流れが十年以上のけたの時間で変化すれば気候の変化をもたらしうるかもしれない。 ただし、そのしくみについてはいろいろな考えのどれが正しいかわからず、 因果関係をふまえた定量的な議論ができるにはいたっていない。
  • 地軸の傾きの角度は約4万年の周期で振動型の変化をする。 また、地軸が宇宙空間のどちらの方向に傾くかは約2万年周期でまわっていく。 これらの変化は、天体力学にもとづいて、過去数百万年間の復元推定も、将来数十万年間の予測もできている。 このような変化は、地球のエネルギー収入を、全地球平均・年平均ではほとんど変えないけれども、 緯度別・季節別の分配を変える。 これは万年の時間スケールでの気候変化には重要であることが知られてきた。 【これは自然科学としてはおもしろい話題である。 大学の授業のページ [第四紀の氷期サイクルと地球の軌道要素] に もうすこしくわしく書いたが、むずかしいかもしれない。関心のある人には そのページの参考書としてあげた、大河内 直彦 『チェンジング・ブルー』をおすすめする。】 しかし、百年の時間スケールでは重要ではないだろう。
  • 地球内部から気候への影響はむずかしい問題であり、簡単にはのべられない。 百年の時間スケールの気候変化を考えるうえでは、 大陸移動は時間スケールが長く、地震のゆれは時間スケールが短いので、関連がとぼしいだろう。 (講義のときはふれなかったが) 火山が噴火すると、火山ガスから生じたエーロゾル (微粒子) が 年の時間スケールで大気中にとどまることがあり、太陽光の反射をふやして気候を寒冷化させるはたらきがある。 しかし、火山は二酸化炭素も出すので (おもに万年以上の時間スケールで) 気候を温暖化させるはたらきもある。
• 問: 二酸化炭素が大気にしめる割合は1万分のいくつかにすぎないのだが、それが気候にとって重要なのか。
• 答:
  • 二酸化炭素が大気にしめる割合は現在 400 ppm、つまり大気の分子が百万個あるとそのうち 400個が二酸化炭素である。 いわゆる産業革命の前には 280 ppm ぐらいだったことが、南極の氷の分析によってわかっている。 たしかに微量成分といえる。 ところが、地球のエネルギー支出にとって重要なのは、赤外線を吸収したり射出したりする能力をもつ成分である。 (吸収するものは射出もする。) 分子が赤外線を吸収したり射出するのには、分子の固有振動が関連している。 赤外線をふくむ電磁波は波であり「波長 × 振動数 = 光速」の関係がある。 また電磁波は粒子 (「光子」という) でもあり、振動数に比例するエネルギーのかたまりでやってくる。 分子は、固有振動のエネルギーレベルに対応するエネルギーの光子がくるとそれを吸収して振動をはじめる。 逆に、なにかのきっかけで振動をやめると、そのエネルギーレベルに対応する光子を出す。 窒素 (N₂)、酸素 (O₂) などの同じ原子からできた 2原子分子と、アルゴン (Ar) などの1原子分子は、 赤外線の光子に対応するエネルギーレベルの固有振動をもっていないので、赤外線を吸収も射出もできない。 赤外線を吸収・射出するのは、(ちがう原子からできた2原子分子もきくが、おもに) 3原子以上の分子である。 地球大気中で重要なのは、まず水蒸気 (H₂O) だが、 これは世界平均地上気温の変化にともなって (海から蒸発することによって) 変化するので、 気候システムにとってはフィードバックのはたらきをする。 つぎに重要なのが二酸化炭素 (CO₂) であり、 これの量の変化は気候システムにとってはシステム外からの強制作用となる。

質問うけつけ

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