読書ノート

瀬をはやみ ... ぼくらはみんな生きている / Into the Cool (Schneider & Sagan)

2006年初めには槌田敦氏の 「CO2による温暖化は起こらない」という趣旨の講演 (槌田 2006の本とほぼ同じ内容)を聞いた。 同じ年のなかばにはLOVELOCK (2006)の 「温暖化は生態系の破滅をもたらす」と主張する本を読んだ。 まさに両極端の議論であり、わたしはいずれも正しくないと思う。 それでもなお、このふたりは、 地球環境と人類の今後を考えるうえで重要な 「地球環境は準定常的システムである」という認識を形成した功労者だ。 槌田(1978, 1982, 2002の付録)は、 熱平衡にないシステムが準定常状態にあるためには エントロピーを運び出すしくみが必要であり、 地球環境にはそれがあることを指摘した。 LOVELOCKは1970年代に、 準定常状態にあるシステムでは負のフィードバックが働いているはずであり、 地球環境の場合には、生物と、大気の成分や温度などの物理・化学的要素とが 組み合わさったフィードバックのしくみがあるにちがいないと指摘した。 地球環境システム論はこの両方の考え方をとり入れて進む必要があると思う。 その年の末に東京の本屋で出会った本書には、その両方のキーワードが含まれていた。 読んでみると、わたしの期待する方向に向かってはいるようなのだが、 道は遠い。

本書第1部では SCHRÖDINGER (1944)の「生命とは何か[読書ノート]を紹介し、 その熱力学的な第2主題に注目する。 それから熱力学の基礎概念を説明していく。 とくに、非平衡の熱力学を重視する。 PRIGOGINE [プリゴジン] たちのわくぐみに従い、 まず、平衡に近い状態についての線形論を説明する。 温度や濃度の勾配があると、それに比例したエネルギーや物質の流れができ、 勾配と流れの積に比例したエントロピー発生がある。 それから、平衡から離れた状態で準定常状態やリズムが生じる「散逸構造」の 議論を紹介する。 熱力学的エントロピーの統計力学的解釈にもふれるが、 それと情報エントロピーとは区別している。 熱力学的エントロピーは分子のスケールでの場合の数とは関係があるが 日常のスケールの乱雑さとは関係ないことにも注意している。 いずれも、わたしが信頼する中山(2003)の議論にてらしてもっともだ。

【散逸構造論への入門としては蔵本(2007)が本書よりだいぶ明解だ。 題名どおり非線形科学が主題なので、熱力学は背景にしりぞいているが。】

第2部では生物でない自然現象を論じる。 例として、重力と上下の温度差が与えられた流体に起こる対流 (BENARD [ベナール]対流)や、 回転速度の勾配を与えられた流体にできる渦 (TAYLOR [テイラー]渦)があげられている。 大気中にできる台風や、 海洋の全球規模の海流のパタンも、 温度勾配のある場にできた散逸構造と考えることができる。

第3部では生物、と言うよりも生態系を論じる。 まず海底火山の熱水中の硫化水素をエネルギー源とする生物を 化学的勾配(濃度勾配ではなく化学ポテンシャルの勾配というべきものだと思うが未確認) を利用する例としてあげる。 他方、今の地球の生態系の大部分は、 緑色植物の光合成に依存しており、 それはいわば放射(電磁波)の温度勾配の利用だ。 地球上の生物は熱機関として放射以外の温度勾配を利用する能力はもっていない (と本書では考えている)。 陸上生態系に関しては、ODUM [オダム]兄弟などの考えに従って、 食物連鎖に伴うエネルギーカスケードと、極相に向かう生態遷移を論じている。 (ODUMの議論についてわたしは詳しく勉強していないが、 そこから進む方向についての暫定的意見は[HORNBORG & CRUMLEYの本の読書ノート]の中で述べた。)

それから、生態系と物理的地球環境との相互作用の話になる。 期待したところなのだが残念ながらわけがわからない。 熱帯のうちで人工衛星の赤外線センサーで見た温度が低いところが 熱帯雨林と重なる傾向がある。 雲のあるところでは雲頂の温度を見ていることは著者もわかっているらしいのだが、 それが、雲と森林とが密接に結合したシステムを代表する温度とみなしている。 現実には森林と背の高い雲との間には確率的関係はあっても必然的関係はないと思う。 また、別の例では(大気上端ではなく)地表面のエネルギー収支を論じているのだが、 植生の有無による最大の違いである、水の蒸発による潜熱輸送と 地面が直接大気を暖める顕熱輸送との比率ではなく、 潜熱・顕熱合計の乱流輸送と放射(電磁波)との配分を問題にしているので わかりにくい。

このあたりは、大気中のエネルギー伝達の構造がわかった人の知恵を借りてほしかった。 まさにSAGAN氏の父、故Carl SAGAN氏の専門分野なのだが (たとえばC. SAGAN & MULLEN, 1972)、 両親が離婚したあと母Lynn MARGULIS [マーギュリス]氏といっしょに仕事をしてきた SAGAN氏は父親からはあまり知識を引き継がなかったらしい。 SCHNEIDER氏のほうは NOAA (海洋大気庁)につとめていた経歴があるが、 職務は水質汚染の生態系への影響の評価だったので、 第2部のような海洋・大気の力学の知識を得る機会はあっても エネルギー伝達の専門家とのつきあいはなかったのかもしれない。

著者は気づかなかったようだが、 大気・海洋の非平衡熱力学的議論はまさに建設中だ (OZAWAほか, 2003; 小澤 2005; KLEIDON & LORENZ, 2005)。 わたしには関心はあるものの自分で建設にかかわるには能力不足を感じているが、 意欲のある人にこの分野の知識を提供する形での協力はできるかもしれない。 たとえば [授業用のページ]参照。

第3部の続きに進化の話もあり、重要なのかもしれないがここでは省略する。

生物学で散逸構造論といえば、生物体の各部分に関する議論もある。 たとえば清水(1978)は筋肉繊維の働きを論じている。 わたしはそれ以後勉強していないが、いろいろな進展があるだろう。 本書はその分野に踏みこむのは避けている。

地球環境の外側のシステムである宇宙の熱力学に関しては、 重力の作用によって物質の分布が不均一になっていくことと、 宇宙が膨張しているのでエントロピーがふえてもその密度(体積あたりの量)は 必ずしもふえないことを考慮する必要がある(杉本, 1978)。 本書ではそれぞれ4章、20章で少しふれているものの、本格的に論じてはいない。

第4部では人間の話になる。 人間のからだの健康や寿命の話もあるがここでは省略する。 経済の話題の大部分は「市場での取り引きは値段の勾配をならすように起こる」 という話だ。 エントロピーの件では比喩的使いかたをいましめたのに、 「勾配をならす」件では比喩的な対応づけをしている。 比喩としてはおもしろいが、明らかに別ものだ。 そして、値段の勾配に敏感すぎてとても持続可能とは思えない 近ごろのグローバル市場について肯定的な論調になってしまっている。 最後にちょっとだけ持続可能性の話になり、 そこでは熱力学的議論にもどっている。

Purpose in Life (人生の目的」だろうか?)という章もあって、 哲学的議論をしているが、あまりよくわからない。 わかった部分は、「『生命の目的』があるとすれば、 それはそのまわりの(熱力学的変数の)勾配を崩すことだ」という議論だ。 しかし、これは納得がいかない。 動物による有機物の分解は、火よりも遅い。 生物は勾配を崩す能率(時間あたりの変化量)を最大にしようとしているわけでは なさそうだ。 【もっとも、下川・小澤(2006)によれば、生物でも地球環境でも、 時間あたりエントロピー発生量が極大の状態が実現されているという。 ただし、このような極大・極小の議論では、 どのような選択肢のうちでの極大・極小を論じているのかが重要なので、 結論のキーワードだけ見て解釈するとまちがうおそれがある。】

第3部で木の働きを論じたところでは、 木が受けとった太陽光エネルギーのうち有機物の合成に使われるのは約1%であり 残りは常温熱になってしまうことから、 木の働きは主としてエネルギーの散逸(dissipation; 劣化=degradation)だと 言っている。 しかし、太陽光エネルギーの劣化は木がなくても起こるのだ。 木があることによる主要な違いはやはり有機物の合成ではないだろうか。 生命は確かにそのまわりの勾配を利用するが、その目的があるとすれば、 勾配を崩すことではなく、 エントロピーの低い準定常状態をローカルに維持することではないだろうか。 このように目的論としては無理があるが、 因果論としては「I am because I dissipate」というのはもっともだ。

このような本書のメッセージを わたしなりに再表現したのがこのページの表題だ。 ただし「瀬をはやみ」にはわたしなりの意味をもたせてある [別ページ参照]。 「ぼくらは...」は、 やなせたかし氏の作詞による「手のひらを太陽に」の歌詞だ。 その歌で「ぼくら」は昆虫やみみずなどを含むすべての動物をさしていると思う[注]。 本書で「ぼくら」は植物や菌類も含めたすべての生物だけでなく、 台風のような現象や、地球環境全体まで広げられる。 「ぼくら」はみんな、熱力学的変数の勾配のあるところで、その勾配を下る流れを 利用し、エントロピーを発生しながら生きているのだ。

【[注] 「手のひらを太陽に」の歌詞は、 次のような、信じてはいけないところがあるが、 「ぼく」が生物を観察しようという意欲をもてば知識はすぐ修正されるだろう。

文献


(着想 2006-12-31ごろ) 2008-07-31; 更新(最新) 2009-04-18, 2012-03-31
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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