読書ノート

気候変化は宇宙線がつくる(と著者は主張する) / Chilling Stars (Svensmark & Calder)

2007年末ごろ東京の本屋で見たが、読む気は起こらなかった。 しかし、丸山(2008)[読書ノート]を読んだら、 デンマークの物理学者SVENSMARKの説が重視されているのだが、 必ずしも全面的に賛成というわけでもないらしい。 SVENSMARK自身が何を言っているのか確認する必要を感じた。

共著者のCALDERはイギリスの科学解説者だ。 物理・天文などのすぐれた解説者として認められているようだが、 気候に関しては極端なことを言った実績がある。 Weather Machineの本(CALDER, 1975)は、 わたしは(日本語版の背表紙はなん百回と見たものの)読んでいないのだが、 WEART (2003) [読書ノート]の第5章 その他の情報によれば、BBCの番組をあとで本にしたもので、 「すぐにも氷期なみの寒冷化がありうる」という人さわがせな主張を含むらしい。 「1970年代には専門家の多くが地球が寒冷化する見通しを述べていた」というのは 公平でない記述なのだが(PETERSONほか, 2008)、 そう記憶している人がけっこういるのは、 イギリスの場合はCALDERの番組のせいかもしれない (日本では根本順吉氏 [池田(2006)の読書ノート参照]、 アメリカではReid BRYSONの著作の影響が大きいにちがいないのだが...)。

CALDERは気候に関する研究論文(短報)を出した実績もある(CALDER, 1974)。 「氷期の10万年周期は 地球の公転・自転の軌道要素の変化(MILANKOVIC forcing)を 原因として説明できるか」という問題 [別記事参照]に対して、 「気候システムが電気回路の整流器のような特性をもっていれば可能だ」と論じた。 AMラジオの原理を知っていれば言えることではあるが、 当時の議論を理解して参加していたことは確かだ。 この話題は本書では漠然とした形で紹介されており、未解決の問題とされている。

SVENSMARKは、気候の変化の原因を銀河宇宙線に求める。 主として陽子である。 陽子は太陽からも来ているが、銀河宇宙線の陽子はエネルギーが大きい (速さが光の速さに近い)。 これは超新星によってつくられると考えられているが、 超高速であるにもかかわらず銀河の磁場によってほぼ閉じこめられており、 近くで超新星爆発がない場合はいつもほぼ一定量が太陽系にやってくるらしい。 ただし、太陽磁場が強いと曲げられて地球にはあまり来ない。 地球の大気にぶつかるとその分子と反応して消えるが、 その反応でできたμ粒子の一部が地表に達する。

μ粒子などの宇宙線粒子が大気分子を電離(イオン化)させることによって 雲のできかたに影響を与えることは、 もともと雲物理の実験装置であった C.T.R. WILSONの霧箱(cloud chamber)が 素粒子の検出に応用されていることから、想像できることではある。 ところが、WILSONは1895年ごろからの霧箱実験によって イオンが水蒸気の凝結のきっかけになることを示したのだが、 それは空気からていねいに塵(固体エーロゾル粒子)を取り除いた条件でである。 現実の大気中では、凝結核となりうる塵があるので、イオンの存在は雲のできかたを大きく変えない。 1900年ごろすでに、塵に注目していたAITKENは そういう考えに至っていた(STALEY, 2006)。

宇宙線説がIPCC報告書で重視されなかったおもな理由は、 因果関係の段階を追った定量的な見積もりが示されていないことだ。 SVENSMARKの理屈は、 「大気の対流圏下層に達したμ粒子が大気分子を電離させることにより、 硫酸液滴などのエーロゾル粒子をふやす。 これが凝結核となって雲量がふえ、 雲が太陽光をさえぎることによって気候を冷やす」というものである (霧箱の場合と比べて硫酸エーロゾルという中間項が加わっている)。 宇宙線がエーロゾル粒子をふやす段階については、 室内実験をして実証したと主張している。 しかしそれはやはり現実大気ではまれな塵の少ない条件での実験ではないだろうか。 そこから先の議論の根拠は次に述べるたぐいの相関関係だけのようだ。

SVENSMARKが宇宙線説に自信をもったのは、 「1983年以来十数年の雲量データのうちの下層雲量と宇宙線の時系列とがよく似ている」という結果を得たからだそうだ。 しかし、残念ながら、この時間スケールの雲量、とくに下層雲量の変動を 観測データをもとに論じるのはむずかしい。 衛星観測(ISCCP, http://isccp.giss.nasa.gov/) と地上観測から得られる変化傾向が違うし、 衛星データの変化傾向は静止衛星の視野の中心か周辺かといった 観測技術上の条件によるようだ (NORRIS, 2000, 2008参照)。 この衛星データは、 毎日の天気予報を目的とした気象衛星の観測値を集計したものであり、 較正の努力はされているが、 十数年間の変化のモニターとしては不完全なのもやむをえないのだ。

下層雲と対応するという約11年周期のシグナルは太陽活動の変化だ。 「太陽磁場が強いと宇宙線が少なくなり雲が少なくなる」という理屈だが、 「太陽の直接の影響ではない」という主張について納得いく説明はない。 (太陽からくるエネルギーの総量の変化は相対値±0.1%にすぎないが、 成層圏で吸収される紫外線部分の変化はもっと大きいので、 それが効くという仮説は作れる。) 逆に、太陽活動説の主張者からの 「地磁気が弱まったとき宇宙線は強まるが気候には明確なシグナルがない」 という指摘に対しては、 「下層に達するμ粒子に関する限り地球磁場の影響はほとんど受けない」と反論している。

「理論は単純なほうがよい」というのがSVENSMARKの信念らしい。 これは思考の指針としてはもっともだ。 しかし、いつも正しいとは限らない。 複雑な対象のふるまいは複雑にしか記述できないかもしれないのだ。

南極大陸の気候変化が世界の他のところと違うこと (20世紀後半に世界の多くのところが温暖化したのに [南極半島を除く]南極大陸には温暖化が見られないことや、 氷期中の千年程度の時間スケールの変動に南北両極で逆相関の傾向があること)を 説明するのに、 「南極大陸のまわりの大気循環が南北のエネルギー交換が起こりにくい形になっている」 という指摘はもっともだ。 (それに加えて海洋循環も南北のエネルギー交換が起こりにくい形だというべきだが。) また「雲がふつうは地球が太陽光を反射する割合をふやすが、 雪氷の上では逆に減らす」という指摘ももっともだ。 しかし「宇宙線の効果が南極とそれ以外では気温に逆に効く」という理屈は、 宇宙線は南極でも雲をふやすことを前提にしているが、 他方で、上層でなく下層の雲が重要な理由としては、 氷結晶ではなく液体水の雲粒ができるからだと考えている。 南極では下層雲も氷結晶であるのがふつうだが、 それでは著者が考えるしくみは働かないのではないか?

もっと長い地球史の話になると、 宇宙線量の変動を支配するのは太陽に限られない。 二百数十万年前の寒冷化は超新星の爆発ではないか。 億年スケールの氷河時代の出現は太陽系が銀河の腕(宇宙線粒子も多い)を通過した ことによるのではないか。 十億年スケールの氷河時代の有無は超新星の頻度の変化によるのではないか。 地球形成の初期には、太陽光は弱かったが、太陽磁場が強かったので、 宇宙線による寒冷化が避けられたのではないか。 こういう時間スケールでは、気候の変化のおもな原因が宇宙にあるという説が もっともな気がする。 しかし、地球内部にあるという考えもある。 とくに丸山氏ならば、「全地球史解読」(熊澤ほか, 2002)のときから 考えが変わっていないとすれば、 このいくつかは超大陸の形成・分裂で説明するはずだ。

IPCCやその結論に寄与している科学者たちに対して、 著者たちは悪口をあびせている。 ただ、それがあまり大量ではなく、 地球史の夢を語るところのほうが多いので、 本全体としてはあまり不愉快にならずに読める。 SVENSMARKに研究費をつけることに反対した 役人や同僚審査員のうちには、 IPCCの議論をバイブル視して異説を頭ごなしに否定したり、 あるいは温暖化対策に水をさすという理由で研究の推進に反対したりする人も いたのかもしれない。それならば不満はもっともだ。 しかし、もしSVENSMARKが 「20世紀・21世紀の気候変化にとってCO2は重要でない」と主張し、 しかもCO2の効果がたとえば MANABE & WETHERALD (1967)の見積もりよりも ずっと小さくなるしくみの候補をあげられなかったとすれば、 理屈がとおっていないという評価を受けるのも当然だろう。 本人は不満かもしれないが、 CO2の重要性はたなあげにして宇宙線の重要性だけを論じたほうが、 おもしろい研究計画だとして歓迎されたのではないか?

本書では「中世温暖期」が20世紀に負けない温暖な時期だと認識されている。 (わたしは専門的に追いかけているわけではないが)最近の研究では、 この時期にヨーロッパは(たぶん日本も)温暖だったと言えるが、 必ずしも全球規模の温暖期とは認められていない。 1970年代の気候変化の文献はデータがヨーロッパに偏っていたので、 CALDERの頭はその観点に染まってしまったままなのだろう。

また(これもCALDERの観点だろうと思うが) これまで人間社会に影響を与えた気候変化はいずれも global coolingにちがいないという思いこみがあるようだ。 北ヨーロッパでは寒冷化によって人の生活可能圏が狭まったことはあるだろう。 シリアで農業の開始のきっかけとなったのが 約1万1千年前の新ドリアス(Younger Dryas)期の始まりの寒冷化に伴う この地域の乾燥化だというのは、 MONTGOMERY (2007)も述べているので、 定説になってきたのかもしれない (いずれ、もう少し専門的文献で確認したい)。 しかし、アフリカで人類の発生のきっかけとなったことは、 地域の乾燥化らしいということを認めても、 全球規模の気温の変化に伴ったものでなければならないことはない。 チャドについては全球規模の寒冷期のほうが 夏の西アフリカモンスーンが弱いので乾燥したという理屈が成り立ちうるが、 温帯低気圧の影響が及びやすくなって湿潤化することもありうる。 東アフリカも、亜熱帯と赤道直下では乾湿の季節が違い、 全球規模の気候変動との関係も単純ではないだろう。

文献


2008-06-11; 更新 ..., 2011-03-08, 2011-03-24, 2018-08-27
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
[読書ノート(気候)の目次へ] [読書ノート全体目次へ]