増田 耕一
(ますだ こういち, 海洋研究開発機構 地球環境フロンティア研究センター)
山崎農業研究所
(http://www.yamazaki-i.org/)
の雑誌「耕」の2007年春号に出版されたものです。
著者所属表記は執筆当時のものです。
引用する場合は、次の出版物を参考文献にあげてください。
人間の生活が環境の影響を受けていることは明らかである。世界のいろいろな地域の衣食住のありかたを見れば、それが地域の環境、とくに気候と生態系に適応したものであることがわかる。これは環境が人間生活を完全に規定しているという意味ではなく、重要な制約を与えているということである。
他方、人間の活動は環境に影響を与える。火の利用をはじめ、農耕や牧畜の開始、集落や都市の形成などを通じて、人間は動物種のひとつとしてだけでなく、むしろ別個の要因として環境に影響を与えるようになったといえる。また、最近約二百年には、人間は化石燃料である石炭・石油・ガスを使うようになり、動物としての能力とは桁違いのエネルギーや物質を動かせるようになった。
そして、人間が起こした環境の変化はまた人間に影響を与える。それは人間にとってつごうのよいこともある。たとえば、農業は人間に有用な影響があるように生態系の一部を変える営みであると言えるだろう。しかし人間にとって有害なこともある。とくに1970年代に問題になった「公害」の多くは、人間にとって有用と思われた物質の生産過程で出された廃物のうちに有害な物質があり、大気・水・土壌・生物体を通じて人間に害を与えるというものだった。また、人間の歴史の中では多くの社会が興亡をくりかえしてきた。その要因のすべてが解明されているわけではないが、燃料を求めて森林を破壊したり、牧畜の密度を高めすぎて草原を砂漠化したりするなど、人間活動に伴う「天然資源の枯渇」という要因も無視できないだろう（天然資源の問題と環境の問題の間には明確な境はない）。
人間が環境に与える影響は、長い間、ローカルなものにとどまると考えられてきた。ところが1980年代になって、全地球規模（グローバル）の影響もあることが広く認識されてきた。そのひとつが、成層圏オゾンの減損（いわゆるオゾンホール）であり、もうひとつが、全地球規模の気候の変化（温暖化）である。
また、農地開拓・都市化・ダム建設などの土地利用改変や林業・漁業などの生物資源収穫によって、生態系が変化している。それぞれはローカルな現象だが、人間の活動域が広がった結果、野生生物種の絶滅につながる可能性が従来にまして高まってきた。また、人類自身にとっても、世界の人口がふえ、また多くの地域で土地所有権が確立したので、環境の悪化への対策として移住という選択肢がだんだん使えなくなってきた。さらに、生態系の変化は、炭素循環を通じて気候の変化の問題とも結びついている。人間活動に伴う生態系の変化も、このような意味で、全地球規模の環境問題とも言えるようになってしまった。
仮に地球の立場にたったとすれば、人類が何をしようが、「地球がこわれる」と表現できるほどの大きな破壊能力を持っているとは思えない。地球全体の生態系（生物圏）についてみると、人類の活動が原因となって、たくさんの種類の植物や動物が絶滅していることは確からしい。しかしそれでも、地球の歴史の中で、中生代の終わりの小惑星の衝突によるといわれる絶滅や、古生代の終わりの、まだ原因不明だがもっと大規模な絶滅に及ぶ規模ではないと思う。生物圏全体が滅びるほどの危機が近づいているとは（わたしには）思えない。
地球環境問題がなぜ問題なのかと言えば、人間社会全体の存続にかかわるからだと思う。地球環境問題とは、「人類の活動が地球表層の環境を変えた結果、人類自身をおびやかすような変化が起きている」ということであり、人間→環境→人間と因果がめぐるフィードバックループなのである。
ここではいわゆる「地球温暖化問題」をとりあげる。これは、地球環境問題の無視できない一部であるが、地球環境問題のすべてではないことに注意しておきたい。
気候を定義するのはむずかしいが、気候の特徴を表現するには、気温や降水量などの要素の値を月ごとに30年ぶん平均した値がよく使われる。ただし、気候は平均値だけでなく、年々あるいは日々のゆらぎもあり、そのゆらぎはランダムではなく時空間的構造をもつ。（たとえば、赤道東太平洋の海面水温が高まるエルニーニョ現象と、熱帯の太平洋・インド洋にわたる気圧がシーソー的に変動する「南方振動」とは一連の構造を持つ変動であることが認められてきた。）
気候の「変動」と「変化」という用語は区別なしに使われることもあるが、区別される場合は、「変化」とは、前後の平均状態が違っており必ずしも元にもどると期待できないような状況をさす。地球温暖化の話題では、おもに五十年から百年の時間スケールでの変化が問題になっている。
気候の変動や変化を理解するうえでは、大気・海洋・陸水などが、エネルギーや物質のやりとりによって相互に結びついたシステム（「気候システム」）であるという考えかたが有効である。気候システムの「変動」は、その外からの強制的作用がなくても起こる。たとえば、地域Aから地域Bにエネルギーが移動すれば、地域Aは寒冷化し、地域Bは温暖化するような変化が起こるだろう。しかし、全地球規模の気候が「変化」する場合には、気候システム全体のエネルギー収支を変えるような要因が働いている可能性が高い。
気候システムのエネルギー収支の主要な収入は、太陽からくる可視光を主とする電磁波の吸収であり、主要な支出は、赤外線を主とする電磁波を地球が宇宙空間に出すことである。両者はだいたいつりあっている。この意味で、気候システムは準定常状態にあるシステムだと言える。
気候の状態を変える要因としては、まずこの収入に影響するものがある。ひとつは太陽が出すエネルギーの変化、もうひとつはそのうち吸収する割合の変化である。雪氷や雲は地球上のその他の物質よりも太陽光を反射する割合が大きいので、地球表面のうち雪氷や雲で覆われた面積がふえれば、収入は減る。また、空気中に浮かぶ雲以外の固体や液体の微粒子をエーロゾルというが、そのうち、火山起源にせよ化石燃料起源にせよ成層圏に長くとどまる硫酸エーロゾルは太陽光をよく反射し、収入を減らすように働く。
他方、支出である地球が出す赤外線に影響する要因がある。大気中には、赤外線を吸収しまた射出する物質がある。気体成分のうちこの働きをするのは、重要なものから順に水蒸気、ついで二酸化炭素である。また雲やエーロゾルもこの働きをする。大気中にあるこのような物質は、地表面から上に出る赤外線を吸収し、上下両方向に赤外線を出す。その結果、地表面温度は、このような物質がない場合に比べて高くなる。この効果は「温室効果」と呼ばれる（「温室効果」は必ずしも適切な名前ではない。ガラス板も赤外線を吸収・射出する働きをするが、ガラスの温室の中がまわりより暖かいおもな理由は空気の移動がさまたげられることであるらしい。しかし習慣に従っておく）。
地球大気中で最大の温室効果物質は水蒸気である。しかし、大気中の水蒸気の滞在時間は約9日にすぎないので、水蒸気が注入されたとしても、その全地球規模の気候への強制作用としての働きは無視できる。海のあるもとでは、大気中の水蒸気量は大まかには気温といっしょに決まっている。なんらかの強制作用が働いて気温が上がると、それに伴って水蒸気がふえ、その温室効果は気温を上げるように働く。逆に気温が下がれば、水蒸気が減ることが気温を下げるように働く。水蒸気は、強制作用が単独で働いた場合に比べて気温の変化を強化するのである。
次に重要な温室効果物質が二酸化炭素である。これは植物による光合成とそれによってつくられた有機物の分解に伴って大気と生物圏の間で交換されているが、人間活動がなければ収支はつりあっていたように思われる。そこに、産業革命以来、化石燃料の燃焼による二酸化炭素が大気中に排出されてきた。その半分弱は海に行っていると考えられているが、半分強が大気中にとどまっている。産業活動が大きく変わらない限り、21世紀中のいつか、大気中の二酸化炭素濃度は産業革命前の2倍になるだろう。水蒸気による強化を考慮に入れて、これは、全球平均地上気温を3℃前後上げる働きをすると見積もられている。
変化するのは大気の状態だけではない。海洋や雪氷は大気よりずっと大きな質量をもつので、変化に時間がかかる。十年くらいごとに平均した意味では、全球平均の気温は、海洋表層（大まかに言って深さ500mくらいまで）の水温といっしょに変化する。これだけの量の海水が暖まるのは温室効果気体濃度の変化よりも数十年遅れる。今の気温はまだ、今の二酸化炭素濃度に対応するところまで暖まっていないのである。さらに、海水準の変化は、海洋全体の熱膨張と、グリーンランド・南極をはじめとする氷床・氷河の融解によって起こるので、その温室効果気体濃度に対する遅れは千年の時間スケールをもつ。つまり、現在の人間活動は、千年先の社会にも制約を与えているかもしれないのだ。
地球温暖化は全地球規模の現象ではあるが、温度上昇は空間的・季節的に一様ではない。またそれに伴う乾湿の変化は複雑である。人間社会にとってはそれぞれの地域の気候変化が重要である。気候変化を予測するため、気候システムの動作を計算機内のプログラムの形に表現した数値モデルが作られている。それに、過去の強制作用（人為起源の温室効果気体・エーロゾル・土地利用変化や、火山起源エーロゾル、太陽からくるエネルギーの変化など）を与えて、過去の気候がどれだけよく再現されるかの検証が行なわれている。そしてそのモデルに、いくつかの仮定されたシナリオに基づく将来の強制作用を与えて、予測型シミュレーションが行なわれている。
降水には、個々の雲から全地球規模までのさまざまなスケールが関与する。そのモデル化は、最近、計算機の発達とメカニズムの理解の両面で大きく進歩しているのだが、温暖化に伴って降水分布がどう変わるかをはっきり述べることはまだむずかしい。しかし、気象のプロセスの基本的理解から言えることはいくつかある。
全球平均では降水量と蒸発量はほとんどつりあっており、全球平均気温が上昇すれば、どちらも増加するだろう。ただし、その増加は、水蒸気量の増加ほど激しいものではない。蒸発はそこで利用可能なエネルギーにも制約されるからである。他方、ローカル・短時間の降水量は、水蒸気量の増加に比例してふえることができる。したがって、降水は時間的・空間的に集中する傾向がある。これを人間の立場で見ると、一方で、循環する水が総量としてふえるのはありがたいことであるが、他方、洪水のおこるような状況ではますます降水量がふえ、渇水のおこる状況では蒸発量がふえるのに降水量がふえないという、困った形の変化が起こることも予想される。
水循環関係で比較的確実なのは雪の変化である。日本の北陸など、積雪地域のうち比較的温暖なところでは、雪が雨に変わる。川への水の流出の季節変化が変わるので、水を利用する立場では重要な変化である。他方、北極海岸など、積雪地域のうち寒冷な部分では、大気中の水蒸気がふえるので降雪がふえ、積雪がふえる可能性がある。
気候予測シミュレーションは、将来に起こる気候の完全な予測ではない。強制作用のうちには、将来の火山活動や太陽活動などまだ予測できないものもある。人間活動にも不確定性が大きい。また、気候システム自体にも、まだうまくモデル化されていないプロセスがある。そこで、現実の気候システムでは予測シミュレーションに見られるものよりも急激な気候変化が起こるのではないかと考える人もいる。たとえば、海洋の深層循環が止まってヨーロッパがかえって寒冷化する可能性や、グリーンランド氷床や南極氷床の一部の氷が速く流動して海水準上昇が早まる可能性が指摘されている。（このような指摘は、過去の気候の復元推定や、予測型ではなく理想的な条件を設定したシミュレーションを背景としている。)
しかし、このような不確かさはあっても、予測シミュレーションは全くあてにならないというべきではないだろう。それは、気候システムおよび強制作用に関する現在の人類の知識の多くを動員した仕事である。その部品となる知識の多くは、この20年の間にだいぶ精度が高まってきている。
わたしは、もし温暖化問題が単独に起きたのならば、それほど深刻に考える必要のある問題ではないと思う。しかし同時に、一方で、人間活動による土地利用改変、他方で、エネルギー資源の有限性という問題がある。この三つがからんだ事態に、われわれは対処をせまられているのだ。
温暖化はすぐには止まらない。仮に大気中の二酸化炭素濃度の増加を止めることができたとしても、気温は海洋表層水温とともに数十年は上昇を続けるだろう。また、人間社会にも慣性があり、エネルギー資源をすぐに切りかえることができない。全球平均地上気温の産業革命前との差として2℃くらいの温暖化は避けられないと考えて、それに適応することが必要だろう。
地球の歴史の中では、とくにその中ではごく新しい約10万年前から約1万年前の最後の氷期の間には、気温が100年で3℃くらい変わるような気候変化はたびたびあったようである。その変化によって絶滅した生物種もあるだろうが、生き残ったものも多い。農業開始前の人類も生き残ることができた。
しかし、今回は事情が違うのではないかと思う。土地利用改変や、ダム・道路・柵などの人工構造物によって、野生動植物の生息域は細かく分断されており、移動がむずかしくなっている。移動先のない高山や北極海などの生物を別として、生態系を大きく見れば、温暖化だけならば適応可能ではないかと思うのだが、人間による土地利用改変と重なった温暖化に適応するのは非常に困難である。これは、意識していないとしても自然生態系のめぐみを受けて生きている人類にとっても深刻な問題にちがいない。
したがって、温暖化は避けられないとしてもなるべく遅らせるべきである、そのために二酸化炭素の排出を減らすべきである、ということになる。ところが、いわゆる工業先進国や、いわゆる発展途上国のうちで実際に工業が発展している国では、エネルギー資源の多くを化石燃料に依存する形で経済が成り立っている。
化石燃料の埋蔵量に限りがあり、したがって人類は20世紀のように化石燃料に頼った生活を将来長く続けるわけにはいかない、というのはわかりきったことである。そのうち石油と天然ガスは、今の勢いで使えば21世紀中のいつか使いきってしまうだろう。しかし、石炭は、大気汚染を防ぐ策をとりながらでも、まだ少なくとも百年ぶんはありそうだ。それを使いながらゆっくりと化石燃料への依存をなくしておけばよい、と、これまでは考えられてきた。
ところが、温暖化問題が同時に進行しているので、石油への依存を減らすための選択肢として、石炭は有効でないことになる。石炭を使っても、二酸化炭素をつかまえて隔離すればよいではないか、という考えもある。しかし、たとえ地下の空洞に送りこむとしても、地震などにも耐えて隔離が続けられるかどうかには不安がある。二酸化炭素を海洋中に送りこむことは、この問題に加えて、海水が酸性化して、とくに炭酸カルシウムの殻をつくる生物に害を与えるという問題もある。
原子力は直接には二酸化炭素を排出しないが、放射性廃物を長期間隔離し続けなければならないという問題がある。化石燃料からの二酸化炭素よりも量はなん桁も少ないものの、もれた場合の危険性は大きい。また質のよい燃料資源は限られているという問題もある。
このように考えると、頼りになるのはいわゆる更新可能エネルギーだけということになるだろう。地熱、潮汐などの例外はあるが、太陽光の直接利用、風力、水力、バイオマス燃料などは、いずれも現在の太陽エネルギーが地球上で変換されて最終的には赤外線となって出ていく流れの利用である。化石燃料が過去の太陽エネルギーの貯蓄であり、原子力が地球形成初期からあった貯えの利用であるのと対照的である。流れの利用なので当然ながら、一時に使える量には限りがある。また、多くの場合、供給量は一定ではない（水力を安定して供給する方法としてはダムがあるが、それには魚などの移動をさまたげることや堆砂などの弊害がある）。そこで必要になるのは、第一に（少なくともいわゆる工業先進国では）エネルギー資源の需要を減らすこと、第二に分散したエネルギー供給源に対応できるように産業構造を組みかえること、第三にエネルギーをローカルに貯留するための技術を確立することだろう。
産業革命からこれまで、経済の規模は成長を続けるのが当然とされ、成長しないのは政策の失敗だと考えられてきた。また、曲折はありながらも自由貿易が推進され、とくに最近十数年はあらゆる活動をグローバル化することが正論とされてきた。しかし、それは化石燃料が利用できることを前提としていたのではないか（「経済学の父」アダム・スミスの周辺ですでに石炭による蒸気機関の利用が始まっていたのだ）。
わたしは、世界規模で知識を共有することは、人口のふえた人類が変化する気候に適応して生きていくのに必要なことであり、今後も推進すべきだと思う。それに必要なエネルギーくらいは更新可能資源でまかなえるのではないかと思う。しかし、食料や肥料などのかさばる物体を大陸間で運んだり、おおぜいの人が飛行機で移動するような社会の形は、遅くとも21世紀前半のうちには終わらせる必要があるのではないだろうか。