次に、観測される気候指標のうちで、深海底の堆積物のボーリングコアから抽 出される情報を説明しよう。使われる変数の意味は 付録Bでやや詳しく述べる。
ここでは古典的となった Haysら(1976)の論文に従って 見ていくことにする。こ の研究では、南インド洋の、どの大陸からも遠い深海の2つのコアを解析した。 主要な変数の一つは、有孔虫化石の酸素同位体比である。酸素同位体比の相対 値δ18Oが大きいということは、全世界の氷の量が多かったこと、具体的には 北アメリカとヨーロッパの氷床が大きかったことを示すと解釈されている。も う一つは、プランクトンの放散虫の種構成から計算したその場の海面水温であ る。つまり、同じサンプルから北半球と南半球それぞれの気候の特徴を表わす と思われる変数をとった。これを時系列として解釈するうえで問題になるのは 時間のめもりである。絶対年代が放射性同位体や地磁気逆転からわかっている 層準が少ししかないので、その間は仮に堆積速度が一定と仮定しておく。
彼らの仕事の特徴は、これらの時系列をスペクトル解析して周波数領域で見る ということにある。これ以前の議論の多くは、ある特定の緯度の日射量変動曲 線と地質・地形的証拠を、時間領域で比較するものだった。周波数領域で見る ことによって、「どの緯度が効くのか」という議論をあとまわしにして、「ど の軌道要素が効くのか」をさきに考えることができる。これは、海底コアとい う連続性のよい記録の出現と、スペクトル解析手法の進歩とにささえられてで きたことである。
MEM法(maximum entropy method)で求められたパワースペクトル(図8)を みると、ピークは軌道要素および日射量のスペクトル(図9)と共通性が高い。 この一致は偶然ではなく、軌道要素がなんらかの過程をへて氷の量や海面水温 に影響を及ぼしているのだろうと彼らは考えた。ただし、離心率のスペクトル のピークではあるが、日射量のスペクトルでは明確なピークがない10万年周 期が海底コアではいちばん目立っている。
彼らの認識では、海底コアと軌道要素の周期性の一致は、海底コアの時間目盛 りの精度よりもすぐれていると思われた。そこで立場を逆転して、海底コアの 時系列から2万年前後と4万年前後の周期成分をディジタルフィルタで取り出 したとき、それぞれの成分の位相は対応する軌道要素(e sin _pi_、ε)の位 相とそれぞれ一定の関係にあるはずだとしたのである。堆積速度一定を仮定し たここまでの結果では、過去にさかのぼるほど軌道要素との位相のずれが大き くなるが、それは時間目盛りが正しくないからだと解釈した。そして、位相の ずれを最小にするように時間目盛りを調整(tune-up)した。調整ずみの時間 目盛りで海底コアの時系列を表示したのが図10 (aが酸素同位体比、bが 海面水温、それぞれ中段が全体の値、上側が2万年周期帯、下側が4万年周期 帯）である。中段には離心率eがあわせて示してある。離心率に対しては調整 していないにもかかわらず、コアの時系列に卓越する10万年周期は、離心率 と一定の位相関係にあるようである。
時間領域にもどって図10中段の曲線を見てみると、特徴は次のようにまとめ られる。
以上は、最近70万年間(地磁気のBrunnhes正磁極期)の海底コアの解析結果 である。より深い堆積物の調査が進むにしたがって、それより古い時代の特徴 はやや違っていることがわかってきた。2百万年前から70万年前までの時代 の海底コアには、目立った10万年周期変化は見られず、むしろ4万年周期が 卓越している(Ruddimanら、1986)。 また、第四紀の前半は、後半よりも、酸 素同位体比から推定される氷の量が平均的に少なく、またその変動幅も小さめ だった。その変化を90万年前ごろに起こった一種の気候ジャンプと考える人 もいる(Maasch, 1988)。
なお、Haysらおよびそれ以後のほとんどの研究でのスペクトル解析がMEM法 によっていることに注意しておきたい。MEMは周期的時間変化を抽出するこ とにはすぐれているが、その成分の変動が時系列の全分散のどれだけを占めて いるかを正確に言うことはできない。地球環境の変動には軌道要素という 「時計じかけ」に時期を合わせたものがあるらしい、ということは今ではほぼ 疑えなくなっている。しかし、それが周期の一定でない変動を圧倒するほどの ものかどうか、はっきりと確かめられてはいないようである。