中島 映至、田近 英一 (2012) 正しく理解する 気候の科学

  • 中島 映至(てるゆき)、田近 英一, 2012: 正しく理解する 気候の科学 (知りたいサイエンス 119)。技術評論社, 206 pp. ISBN 978-4-7741-5432-9.

地球温暖化問題と地球の歴史を通じての気候の変遷との両方を扱った本はあることはあるが、たいてい著者が得意とする話題に偏っていることが多かった。本書は、地球史的気候変遷を研究している田近氏と、現代の気候問題にかかわりIPCC報告書の第1部会の巻の著者のひとりでもある中島氏が、気候システム(大気・海洋・雪氷などを合わせたもの)のエネルギー収支という共通の切り口をもって論じた本だ。執筆分担は明示されていないが、第2..4章が田近氏、5..6章が中島氏、1章は両方がかかわっていると推測される。第1章第1節で述べられているように、いま起こっている気候変化(地球温暖化)は、地球の歴史の中で起こった気候変化のうちで、温度差という意味ではとくに大きなものではない。(温度の変化速度としては大きいようだが、それも特別ではないかもしれない。) しかし、人間社会にとっては重要なのだ。人間社会がどんな対応をとるかは社会の意志決定の問題だが、その根拠として変化のしくみの理解が必要だ。そこで、現在の気候とならんで、過去の気候の理解も有用なのだ。

第1章の第2節以降は気候システムとそのエネルギー収支に関する基本的なこと。太陽放射と地球放射、温室効果と日傘効果(太陽光を反射すること)。そして気候システムにはさまざまな正や負のフィードバックがあること。

いわゆる暴走温室効果については、「現在の科学知識では、雲量が現在より大幅に減らない限り、海が沸騰することはない」と述べている。

第2..4章では、気候の変化にはいろいろな時間スケールのものがあることに留意し、おもなものは章・節の見出しにそれを示すようにしている。

太陽の明るさの変遷については、「標準太陽モデル」によれば太陽誕生から現在まで46億年の間に40-50%ふえた。太陽ニュートリノの少なさから疑問が生じたが、それはニュートリノ振動によって説明できるので、標準太陽モデルは妥当と考えられる、と言っている。

原始大気には数十気圧の二酸化炭素があったと考えられる。(一酸化炭素だったという考えもあるが、酸化して二酸化炭素になったはずだ。) その炭素は、まず海洋ができ、それから大陸ができたことによって、大陸の化学風化、海洋中の炭酸塩鉱物の沈殿、光合成による有機物の生成・埋没によって、大部分が岩石圏に移った。海は(凍結したことはあるらしいが)蒸発してしまうことなく維持されてきた。気候システムには二酸化炭素・化学風化の負のフィードバックがあって温度変化が小さく保たれていると考えられる。ただしこれは数十万年以上の時間スケールで効き、地球温暖化問題の時間スケールでは効かない。[標準太陽モデルを前提として] 将来には暴走温室が起き、約25億年後には海洋は消滅すると考えられている。

約29億年前以後に、氷河性堆積物が見られる時代がくりかえしある。全球凍結が起きたと推定される時代もある。全球凍結の始まりと終わりは二酸化炭素濃度が変化すれば可能だが、始まりの原因はまだわからない。

顕生代(約6億年前から)の数千万年スケールの二酸化炭素濃度と海水温の変動はつじつまがあっており、銀河宇宙線を持ち出す必要はない。

白亜紀は温暖で海洋無酸素イベントがたびたび起きた。全球平均で温暖だったことは、火山活動が活発で二酸化炭素の供給が多かったことで説明できるが、極域が温暖で赤道と極の温度差が小さい状態が維持されたしくみはまだよくわかっていない。

最近約百万年のうちには、氷期・間氷期サイクルがあった。この原因としては地球の軌道要素の変動に起因した日射量変動がある。10万年周期の変動には固体地球の応答を考える必要がある。氷期・間氷期サイクルに伴って、大気中の二酸化炭素やメタン濃度も変化しており、温度とどちらが先かは不確かだが、まず温度が先で炭素循環が変わり、温室効果ガスの変動によって気温変動が増幅されたという可能性が高い。

5500万年前のPETM (暁新世/始新世境界温暖極大)では数千年のうちに炭素同位体比が低下、温暖化、海底にすむ生物の絶滅が起きた。原因は火山ガス、有機物の分解、メタンハイドレートの分解が考えられるが、著者はメタンハイドレートがいちばんありそうだと言う。

最終氷期の間の8万年に25回の激しい気候変動イベントがあった。南極の変動はグリーンランドと逆であり、北大西洋深層水の形成の変動による南北間のエネルギーの配分の変化と考えられる。

完新世1万年間には激しい気候変動は生じていなかった。その中で人間の文明が発達した。「完新世気候最温暖期、ヒプシサーマル期」「中世の温暖期」「小氷期」が知られているが、全球的変化だったかは疑問がある。

第5..6章では、最近約百年の気候変化の理解と、今後約百年の気候変化の見通しの議論をしている。

「放射強制力」つまり大気上端の放射収支の不均衡について、IPCC第4次報告書にまとめられた数値を説明している。ただしエーロゾルの効果の見積もりは不確かであることに注意している。エーロゾルの直接気候効果は、 硫酸なら冷却だが、すすならば加熱となり、合計では大きくないことがわかってきた。

太陽活動の最近のようすは、周期がのびている点はマウンダー極小期と似ているが、エネルギーはたいして弱まっていない。太陽が銀河宇宙線を変調して気候のエネルギー収支を変えるという節については、Agee et al. 2012 Journal of Climateの論文の図をひいて宇宙線と低層雲量との変動の形は一致する時期もしない時期もあることを示し、また小さな「イオン核」が雲核として人為的エアロゾルや海塩エアロゾルとの競合に勝てるか疑問だと言っている。

21世紀の気候「予測」の不確かさのもとには、予測計算にとっての外部データ(とくに人間社会発展の将来シナリオ)の不完全さ、モデル(とくにparameterization)の不完全さ、非線形性による予測限界がある。しかし、太陽か火山の大変化が生じない限り、寒冷化は「物理的に」ありえないといえる。二酸化炭素のゆくえが今後どうなるかも不確定だが、人為起源二酸化炭素の半分以上を海と陸が吸収してくれるとは考えにくい。

急激な温室効果ガスの放出を引き起こす永久凍土の融解、氷床の崩壊などについては予測困難である。海洋の熱塩循環については、21世紀中には弱まる可能性があるが停止するとは考えにくい。極端気象現象の変化は人間社会にとって重要だが予測はむずかしい課題だ。

読んでいて疑問に思ったことを列挙する。

1-1節、13ページ(本文最初のページ)の「1827年のジョセフ・フーリエの二酸化炭素による地球温暖化仮説」というのは科学史的事実認識のまちがいだと思う。1-5節、36ページの「実際の地球が暖かいのは、宇宙へと逃げていくはずの地球放射を大気が吸収しているからだ」はよい。Fourierはまだ地球放射の吸収に関与する成分を特定していなかったはずだ。

5-1節「近年の気候研究に求められる要件」。図5-1として、1950年ごろから2007年までの保険料の増大を示し、「 (自然災害による死者は減少していますが) 経済損失は年々増大しています」と言っている。これは極端気象現象が強まっている可能性もなくはないが不確かであり、極端気象現象に対する人間社会の脆弱性が強まっていることは確かだと思う。しかし本書の立場は、IPCCでいうと第1部会に限ったので、脆弱性について述べていない。

5-1節では「適切な対応策を講じるためには、その基礎知識となる気候予測の誤差をできるだけ小さくしなければなりません。」とも言っている。この主張はほかのところにも現われる。誤差を小さくすることは望ましいのだが(そして、わたし自身もそのための研究事業に連なっているのだが)、それは限界にぶつかるかもしれない。著者とは別の人が言えばよいのだと思うが、誤差が小さくならなくてもその条件のもとで適切な対策を考えることも必要だと思う。

5-4節「気候系を駆動する放射強制力」の中(139ページ)で、「1750年以来。約 +1.6 W/m2の放射強制力がかかっていると評価されます。その6割にあたる1℃分の上昇は、観測から得られている昇温とつじつまがあいます」と言っている。「その」の前後の量の次元が違っているが、+1.6 W/m2の放射強制力に対する定常応答の6割が1℃なのだろう。もしそうならば、きちんと説明するためには定常応答を説明しなければならなくなる。

5-9節「銀河宇宙線説」。宇宙線によって雲核となるものが作られるという理屈を紹介する中で、その雲核がなんであるか明確でない。「高エネルギーの2次粒子」自体が雲核となると書かれているところもあり、「イオン核」と書かれているところもある。わたしがCERNでのCLOUD実験の論文などを読んだ記憶によれば、宇宙線を受けてできるエーロゾル粒子は硫酸粒子のようだ。ただし大きさが雲凝結核としては小さすぎるようだ。

6-2節「増え続ける二酸化炭素」。「IPCCの評価などによると『+2℃の温度上昇を許してしまうとダメージがメリットを上回る』と評価されている」と言っている。IPCCはそういう評価を下してはいないと思う。石谷ほか(2010)の後半の「報告書の知見の政策決定への利用」の節では、「現在 G8 の宣言などで述べられている2°C抑制とそのための削減案は、あくまでもIPCC の科学的知見を参考とした先進国主唱の政治的判断の一つである」と言っている。(この文書の筆者はIPCC第4次報告書著者の有志だが中島氏は含まれていない。) なお、この文書の前半の「報告書内容の信頼性について」の部分の主張は本書のものと一致している。

6-6節。節の見出しが「【熱塩循環 = 海洋大循環】の停止」となっている。ここで「=」印は前後の概念が同じであるという印象を与えるのでうまくないと思う。前後の用語を使ってさし示される具体的対象が同じではあるのだが。

6-7節「北極域の雪氷の融解」。前半はグリーンランド氷床について将来の可能性を示している。後半は北極海の海氷についてこれまでの観測事実を示している。氷床と海氷とは別ものなのだが、そのことが読者に伝わるかちょっと心配だ。

なお、本書と同じシリーズで出た矢沢(2006)の本は温暖化の見通しについて懐疑的なところがあり(温暖化否定論というほどではないが)、今も売られていて、本書外カバーのシリーズ紹介にも含まれている。同じ出版社から出ている本どうしの見解が一致している必要はないのだが、出版社としてはどう考えているのかが知りたくなった。

文献

  • 石谷 久、江守正多、沖 大幹、茅 陽一、鬼頭昭雄、杉山大志、住 明正、関 成孝、松野太郎、山口光恒, 2010: IPCC 報告の科学的知見について — IPCC関係科学者有志の見解。http://m-yamaguchi.jp/IPCC/IPCC.pdf
  • 矢沢 潔, 2006: 地球温暖化は本当か? (知りたいサイエンス)。技術評論社。

折り返しのさきに詳しい目次をつける。

はじめに
1.地球気候の形成原理
1-1 地球温暖化問題をどう捉えるか
1-2 光と物質のエネルギー
1-3 放射エネルギーの収支
1-4 大気分子と光
1-5 「温室効果」と「日傘効果」が気温を決める
1-6 地球は自らのフィードバック機能で環境を維持している
2. 全地球史のなかの気候の変遷 — 数十億年スケールの俯瞰
2-1 太陽の誕生
2-2 二酸化炭素はかつて大気の主成分だった
2-3 二酸化炭素はどこへいったのか
2-4 太陽光度の増大と炭素循環
2-5 酸素濃度の増加とオゾン層の形成
2-6 海は安定に存在してきた
3. 数十億年から数億年スケールの気候変動
3-1 気候の進化: 数十億年スケールの変動
3-2 地球は温暖化と寒冷化を繰り返してきた
3-3 全球凍結イベント: 数十万~数百万年スケールの変動
3-4 顕生代の気候変動: 数千万年スケールの変動
3-5 白亜紀の温暖化と海洋無酸素イベント: 数百万年スケールの変動
4. 最近の百万年スケールの気候変動
4-1 数万~数十万[年]スケールの変動
4-2 地球の軌道要素の変化が気候を変える
4-3 氷期・間氷期の10万年周期の謎
4-4 5500万年前の突然の温暖化: 数千年スケールの変動
4-5 ダンスガード・オシュガー・イベント: 数年~数十年スケールの変動
4-6 ヤンガー・ドリアス: 数年~数十年スケールの変動
4-7 ハインリッヒ・イベント
4-8 1万年前から現代まで
4-9 安定気候と文明の発達
5. 近年の気候変化を理解する
5-1 近年の気候研究に求められる要件
5-2 もうひとつの地球をつくって温暖化の原因を探る
5-3 気候変動と時間スケール
5-4 気候系を駆動する放射強制力
5-5 人間の活動でCO2の濃度は急上昇した
5-6 大気汚染の影響
5-7 火山活動の影響
5-8 太陽活動は短周期で変動している
5-9 銀河宇宙線説
6. 21世紀の気候予測と次世代気候モデル
6-1 21世紀の気候予測
6-2 増え続ける二酸化炭素
6-3 応答する生物圏
6-4 急激な温室効果ガスの放出を引き起こす永久凍土の融解
6-5 極端気象現象の変化
6-6 【熱塩循環 = 海洋大循環】 の停止
6-7 北極域の雪氷の融解
6-8 不可逆的な海面上昇を引き起こす西部南極氷床
6-9 次世代の気候モデル
6-10 今、何が必要か?
あとがき
引用・参考文献
索引

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