古気候の研究は図1のようにとらえることができよう。 海洋・大気・雪氷・陸面を合わせた「気候システム」を考える。 これは多くの変数が相互に関係 して変化する系である。変数の例としては、氷の総量、深海の水温、大気中 の二酸化炭素濃度などがある。実際に観測することのできる気候指標(図１ の右端)、たとえば海底堆積物の有孔虫の酸素同位体組成などは、この気候 システムの変数を反映しているが、それ自体ではなく、なんらかの変換 (「観測変換」と呼ぶことにする)を受けた結果である。気候の変数の変化 は、気候システム内の相互作用だけで起こるものもありうるが、システム外 からの入力にも依存している可能性がある。外力としては、太陽放射の変動、 および火山活動などの地球内部からの作用が考えられる。古気候の研究は一 般には気候指標の観測値が与えられているだけで、入力もわからなければ、 「気候システム」も「観測変換」もブラックボックスであるというところか ら出発して、それぞれの内容を知ろうとする謎ときである。しかし、外力の うち、地球の軌道要素の変化にともなって地球上の各緯度、各季節に受け取 る日射が変わる効果だけが、天体力学にもとづいて、ほぼ決定論的に数百万 年の過去にさかのぼることができる。したがって、もし気候システムの変動 がこの外力に対する応答として説明できるとすれば、原因から結果への順方 向に考えることができるので科学の課題になりやすい。実際、「第四紀」と 呼ばれる最近200万年間の氷期・間氷期サイクルを、地球の軌道要素に対 する応答として説明しようという観点で、研究が進んでいる。
今から1万年ほど前まで、北アメリカとヨーロッパのかなり広い地域に大陸 氷床（巨大な氷河）が広がっていたこと、さらに、氷床は数回の拡大・縮小 をくりかえしていたことを、19世紀になって人類は認識した（たとえば 小林・阪口、1982参照）。 この準周期的変化を軌道要素の変化で説明する考 えは、氷期の天文起源説、あるいは、「Milankovitch理論」として知られて いる。この理論についての日本語の解説としては、 福井(1938)、 土屋(1974, 75, 78)、 中島(1981)、 森山(1987)などがある。 Bergerほか編(1984)はこれ を主題としたシンポジウムの記録であり、関連する話題を展望するのによい と思われる。この理論の歴史については、 Berger (1988)に要領のよいまと めがあり、また Imbrie and Imbrie (1979) の読み物もあるので、ここでは ごく簡単にふれる。
Milankovitchは1879年生まれ、1958年没、ユーゴスラビア(セルビア) の理工学者であり、セルボ・クロアート語のつづりはMilankovic[cの上に'] らしいが、著作のつづりに従っておく。Milankovitch自身の著作は 1920, 1930, 1941年のもの があり、最終版といわれる1941年のものは最近日本語訳 が出版された。氷期の原因として軌道要素の変化を考えた先駆者としては、 Adhemar[1842年出版]、Croll[1857年出版]がいるが、Milankovitchの業績は 次のようにまとめることができよう(ここでは 1930年の著作を参照した)。
Milankovitchの学説は1930年代から1950年代には地質・地形学者に重視された ようである。それは一つには他に絶対年代尺度がないからであった。放射性同 位体年代が出るようになると、年代尺度として日射量曲線を使う必要がなくな り、また、日射量曲線と地質的証拠とのくいちがいが問題にされるようになっ た。軌道要素が原因ならば南北半球が交互に氷期になるはずだという誤解 (Crollの言うように歳差が主要な外因であり、しかも応答が海陸分布にあま りよらないとすれば確かにそうであるが)もあり、第四紀気候変動の原因論を 軌道要素説にもとづいて展開する人々はむしろ少数派となっていった。
しかし、海底堆積物のボーリングコアを時系列として解析すると、軌道要素の 変化と同じ周期をもつ変動が気候指標にも見られることが発見された。代表的 論文はHays, Imbrie and Shackleton (1976)である。これは、CLIMAP (Climate: Long-range Investigation, Mapping, Analysis and Prediction） というプロジェクトで、最終氷期の最盛期(約1万8千年前)の環境の全世界 規模の空間分布をまとめる (CLIMAP, 1976, 1981)のと並行して進められた研究 である。この成功をうけてImbrieらはSPECMAPという名で海底コアの時系列解 析のプロジェクトを続け、より洗練された結果を出している （Imbrieら、1984, 1989）。 最近、第四紀のものに限らず、堆積物に見られる準周期的な 環境変動を解釈する場合には、「ミランコビッチサイクル」の反映である可能 性を考えるのは当然となった感がある。
Haysらの仕事は図1の「入力」と「観測データ」の時系列にある種の共通性が あることを指摘したにすぎない。両者の共通点とくい違いとをいずれも説明で きるような、「気候システム」のメカニズムはどんなものかは未解決である。 この問題についての、これまでの研究を展望してみることがこの報告の主題と なる。