Osiris 26 (2011) Klima [メモ2] スカンジナビアのCO2観測、南極観測、「核の冬」、地球温暖化政策の経済学

  • James Rodger Fleming & Vladimir Jankovic eds., 2011: Klima (Osiris 26). University of Chicago Press, 270 pp. ISBN 978-0-226-25337-4.

[2012-05-20の記事]で簡単に紹介したアメリカ科学史学会(History of Science Society)の論文集のうち、「International to global」という部の4つの論文を読んだ。他の部にはもっと古い時期の話題が多いが、この部はいずれも第2次大戦後のできごとを扱っている。

Maria Bohn: スカンジナビアでの二酸化炭素濃度の観測

  • Maria Bohn, 2011: Concentrating on CO2: The Scandinavian and Arctic measurements. Klima (Osiris 26), University of Chicago Press, 165 — 179.

大気中のCO2濃度については、C. D. Keelingが始めたハワイのMauna Loaでの観測値の時系列がいつも話題になるが、観測の歴史はそればかりではない。ここではスカンジナビアでの研究について述べる。
Weartの『温暖化の発見』でもKeelingの仕事にさきだってスカンジナビアでの研究があったことにはふれられている。しかし、変化傾向をつかまえるという競技に負けた選手のような扱いになっている。本章の注にもとづいて推測すると、WeartはKeelingの回顧に頼って記述したようで、スカンジナビアのアーカイヴ資料に基づく記述は本章が最初のようだ。

前史として、Axel HambergがNordenskiöld の調査航海に参加し、グリーンランドのまわりの海の海水のサンプルをとり、そのCO2濃度を調べたこと(出版1885年)、Augusta Palmqvistが大気のサンプルの分析をしたこと(出版1892年)があげられている。Palmqvistはストックホルム大学の化学科のOtto Petterssonのもとにいた人であり、その仕事はSvante Arrheniusの論文で明示的に参照されてはいないものの、会合でのPetterssonの発表などを通じてArrheniusには知られていたはずだ。

フィンランドの化学者(1942-49年にヘルシンキ大学教授)のKurt Buchは、1917年から大気・海水中のCO2濃度に関心をもち、1935年には大西洋で観測し、Callendarの著作を見て、化石燃料燃焼が従来の平衡をずらしていると考えるようになった。

他方、ストックホルム大学では1926年からアメリカ(MIT、シカゴ大学)で教えていたRossbyが1940年代末に帰国して気象学教室(Institute of Meteorologyを仮にこう表現しておく)をひきいていた。1953年から、気象学教室はUltunaにあった王立農科大学(Royal Agricultural College)のHans Egnérと協力して、降水と大気の化学の研究をした。この仕事に関連して、農科大学にいたErik Erikssonが気象学教室に移った。この研究ではとくに降水中の窒素に注目した議論をし、Erikssonによる報告が、1949年に創刊された学術雑誌Tellusに出ている。

BuchはRossbyたちにCO2の観測を呼びかけた(Callendarの仮説が念頭にあった)。両者は両国の他機関に協力してもらって多地点のサンプルをとる計画を立てた。1954年5月に気象学教室で開かれた大気化学の会議での議論をTellusにEriksson (1955)が報告している。会議の報告で、観測の目的には、地理的分布、海上と陸上の間を移動する空気の変質、長期トレンドの3つをあげている。長期トレンドのためには人間を含む変動要因の少ないところで測定するべきだとし、サハラ砂漠、ハワイなどをあげている。しかし、すぐ始めることになったのはスカンジナビアの観測ネットワークだった。1954年11月にはスウェーデン、フィンランド、ノルウェー、デンマークの合計15か所で月3回のサンプリングを開始した。これは降水の化学成分の観測ネットワークと一連の活動で、降水のほうが観測地点数が多かった。CO2濃度観測地点はいずれも工業活動からは離れたところだが土地被覆はさまざまだった。分析方法は水酸化バリウムで吸収して塩酸で滴定する方法で、数値の精度は1 ppmだった。結果をFonseliusほかが1956年にTellusに報告している。Buchの1935年以来の観測と比較したが、経年変化と地理的ばらつきとの区別がつかない。もっと広域の同時サンプルで、あらゆる気象要因を考えるべきであり、国際地球観測年(IGY)に期待する、という議論になっている。

IGYでのRossbyたちの取り組みでは、大気化学は気象学の一部と考えられ、降水の化学成分、それに対応する大気の化学成分、凝結核と並列に、大気中のCO2濃度の観測が行なわれた。IGY準備期間の1956年には、ソ連の砕氷船Obがスピッツベルゲン付近を航海する際にスウェーデンからErikssonたちが参加し、IGY期間には、Fonseliusが飛行機で大気中のCO2の鉛直分布を調べるなどの研究観測が行なわれた。

他方アメリカでは、1939年にMITでRossbyの指導で博士号をとったWexlerが、Weather Bureauの研究のリーダーで、Callendarの著作をも参照し、大気中のCO2に関心をもっていた。またScripps海洋研究所が、IGYで海洋のCO2研究と大気サンプリングをする意向を示した。ScrippsはKeelingとその(従来よりも高精度の)赤外ガス分析器を採用し、1957年には南極、1958年にはハワイで継続観測を開始した。ハワイでの観測はWeather Bureau (Wexler)が支援した。

IGYでは世界62地点でのCO2濃度が観測された。それにはスウェーデンのAbiskoも含まれている。

ScrippsではGustaf Arrhenius (Svanteの孫)が1952年から海底堆積物コアの研究をしており、RossbyはIGYの計画に関してG. Arrheniusと連絡をとっていた。RossbyがScrippsに、スピッツベルゲンにもKeelingと同じ分析機器を置きたいと希望した、という話もあるが、その結果は明示されていない。たぶん実現に至らなかったのだと思う。しかし、これは、Rossbyたちの認識が、低気圧などの気象要因による濃度変動が大きいので観測精度をあげてもあまり意味がないというものから、精度を上げれば変動要因がわかるかもしれないという期待に変わっていたことを示唆する。

スカンジナビアの大気化学観測としては大気汚染にも植物栄養にも関係する窒素酸化物のほうが重要だっただろう。Rossbyたちはすでに人間活動起源の二酸化炭素が気候変化(温暖化)をもたらすかもしれないという仮説を意識していて、それがCO2濃度を観測した理由のひとつだったが、精度のよい観測を長期に続けたくなるほど強い動機ではなかったようだ。KeelingによるMauna Loaと南極の観測で年ごとの増加が見られた結果として、(Rossbyの後継者であるBolinたちにとって) CO2と気候の関係の重要性が高まった。

【わたしが(Weartの記述を主、本章を補助的材料として)思うに、スカンジナビアネットワークと比べてのKeelingの成功の要点は、工業活動や生物活動の影響の少ないバックグラウンドの大気のCO2濃度には地点ごとの違いが少ないという認識を得たことなのだが、それは、フィールド感覚と測定精度への執念とを兼ね備えたKeelingという個人に依存するところが多かったと思われる。この人がいなくてもいずれ同様な認識に達しただろうが別の経過をとっただろう。また、どういう条件でバックグラウンド濃度が得られるかについてのKeelingの判断(Mauna Loaで火山ガスの影響のない状況を選ぶ判断も含む)は結果としてよかったようだが、当時は他の人には理解しがたく、それを信頼してやらせてみることは賭けのようなものだっただろうと思う。】

  • Erik Eriksson, 1955: Report on the second informal conference on atmospheric chemistry, held at the Meteorological Institute, University of Stockholm, May 31 – June 4, 1955. Tellus,7: 388 – 394. http://www.tellusa.net/index.php/tellusa/article/view/8869

Adrian Howkins: 南極条約体制と科学研究の役割、とくにイギリス南極調査所(BAS)の場合

  • Adrian Howkins, 2011: Melting empires? Climate change and politics in Antarctica since the International Geophysical Year. Klima (Osiris 26), University of Chicago Press, 180-197.

1957-58年の国際地球観測年(IGY)から今までの南極についての国際政治体制と科学的研究との関係を、おもにイギリスのCambridgeに本拠を置くBritish Antarctic Survey (1962年発足)の記録を材料としてみる。(まぎらわしいが同じCambridgeにScott Polar Research Instituteもあり、国際学術組織Scientific Committee on Antarctic Researchの事務局はそちらにある。)

1959年に調印された南極条約は、それまでの7か国による領土要求を消滅させたのではなく「凍結」した。それ以来、南極に関する科学研究は大きく進んだが、南極条約の体制は、加盟国は当初の12か国から(本章執筆当時) 28か国+投票権のない準加盟19国にふえたものの、質的変化が小さい。

南極条約体制は、科学者の理想主義によって政治的対立を克服したものとして語られることが多い。実際は、この体制は、まず加盟各国の政治的意志によって支えられている。IGYでの基地の維持や大陸横断踏査などは国威発揚でもあった。IGYでの調査の結果、鉱物資源開発が困難であることがわかったので、領土要求をたなあげにする南極条約の合意が得られた。加盟各国は、「人類の科学に貢献する」善意のpaternalismを見せている。

ただし、南極条約体制はメンバー国を限定したものなのだ。新規参加も受けつけるが、すでに継続的な科学研究をしていることが必要条件になっている。(公式な発言ではないが、南極条約体制が始まったころの関係者のうちに、参加国を限定する意図があったことが認められる。) この条件は、貧しい国を除外することになる。南極で得られた科学的知見は、たとえば、気候変動対策に関する国際的な意思決定に使われるが、その際に、気候変動の影響を大きく受けるにもかかわらず、科学研究の企画に加わる権限をもたない国が多数あるのだ。 国際的意思決定に使われる他の科学的知見についても、南極条約体制ほど明示的な障壁ではないが、同様な権利の不平等の構造がある。科学研究実施の立場から見ると、good scienceとinclusivenessとの間の緊張がある。これからは、inclusiveにgood scienceを推進する体制をつくっていく必要がある(というのが著者の主要な主張らしく、わたしももっともだと思う)。

南極の科学研究のうちで、気候変化は、1960年代にはあまり重要でなかったが、しだいに重要になってきた。
気候変化の科学や人為起源気候変化の認識への南極の貢献として重要なものとして、次のことがあげられる。

  • 南極点で二酸化炭素濃度の増加が観測されたこと(Keelingが1960年に論文とした)
  • 1968年以来の氷コア分析で過去の気候変化、とくに二酸化炭素と温度の関係がわかったこと
  • 気候モデルの精度向上に南極での観測値との照合が役立ったこと

地球全体の環境にとっての南極の重要性が注目されたのは、まず、直接に気候変化の問題ではないが、オゾン減損(いわゆるオゾンホール)の発見とそれがCFCに起因することの示唆(BASのFarmanたちが1985年に論文とした)だった。その後のCFC規制などの結果、オゾン減損は止まったようである。ただし、オゾン減損が温暖化をやわらげるように働いているので、オゾンが回復すると温暖化が急激に進む可能性が指摘されている。

また、南極の氷床がとけて海水位が上がる可能性については、IGYで氷の量がおよそわかって以来、話題になってはいた。1970年代、西南極氷床が急激に崩壊する可能性があるという主張がされ、アメリカではnational security上の問題として議論されたこともある。気候の温暖化によって南極の氷が減るかふえるかについては、1981年のBASの研究者は、両方の因果関係がありどちらが重要になるかわからないとした。1990年代以後、南極大陸は温暖化しているが変化は一様でなく、南極半島で温暖化が激しいことがわかってきた。また棚氷が大きくちぎれて融解する事件があった。西南極氷床崩壊の可能性もあらためて心配されている。

このように、南極での気候研究は、全球規模の気候変化の理解と、相互に強化しあってきた。また、気候変化への心配が、南極での気候研究を推進する力になってきた。南極研究者は課題を気候変化に関連した形で提示するようになった。

それとともに、気候・環境の科学に貢献していることは政治的にも意味を持った。たとえばThatcher元首相は1992年の本の序文で、オゾンホール発見はイギリスの政策の成功であると述べた。南極の環境科学への貢献が、南極条約体制でのイギリスの地位、ひいてはFalkland領有を正当化する主張になった。(ちなみに、BASの前身はFalkland Islands Dependencies Surveyなのだ。)

前に述べたように、南極研究の成果は全人類にとって有益と思われるけれども、参加国を限定した今の体制は、国家間の力の差を維持・強化する働きもあり、inclusivenessの観点からの問題を含んだままである。

Matthias Dörries: 「核の冬」TTAPS論文の5人

  • Matthias Dörries, 2011: The politics of atmospheric sciences: “Nuclear winter” and global climate change. Klima (Osiris 26), University of Chicago Press, 198 — 223.

いわゆる「核の冬」、つまり、核兵器が実際に使われた場合、その爆発や放射線の問題に加えて、大気中にエーロゾル(固体・液体の微粒子)が広がって太陽光をさえぎることによる気候の寒冷化が起こり、全地球規模の生態系や人間社会に大きな害をもたらすだろうという議論は、1983年の「TTAPS」の5人の論文が出たことによって世界の話題になった。

Dörriesは、この5人、Carl Sagan (1934-1996), James B. Pollack (1938-1994), Richard P. Turco (1943-), Owen Brian Toon (1947-), Thomas P. Ackerman (1949-)の経歴と行動をそれぞれ見ていった。彼によれば、Sagan・Pollackと、あとの3人とで、態度の違いがある。SaganとPollackが社会に対して積極的に発言した(ただしSaganが核兵器に反対する政治的意図を明らかにしたのに対して、Pollackの態度はもっとじみだった)が、あとの3人は科学者どうしの間の発言までにとどまる傾向があった。これは世代差とも見られる。(ToonとAckermanは学生のときベトナム戦争に徴兵される可能性があった。) しかし、世代差の結果かもしれないが研究者としての地位の確かさに違いがあり、あとの3人は研究業績を出さないと科学者として生き残れないおそれがあり、Pollackはそれを意識して自分が矢おもてに立った面もあるようだ。

本章では、第2次大戦直後からの核兵器と気象・気候の関係にかんする議論や、1960年代からの環境科学の発達についてもふれているのだが、ここではTTAPS論文に関係する事実経過だけ追うことにする。
核兵器使用の環境への影響については、1975年に、おもにオゾン破壊の可能性に注目した議論があり、National Research Councilの報告書も出たが、専門家以外にはあまり話題にならなかった。
ところが1982年には、ヨーロッパのCrutzenとBurksの、核戦争のもたらす火事の煙の気候への影響を論じた論文がAmbioに出た。TTAPSも研究の結果が出て、NASAに勤務していたTurcoが学会(American Geophysical Union)で発表しようとしたが、NASAの行政官から止められた。1975年にオゾンへの影響についての論文を発表したときは問題にならなかったのだが、政治情勢が違っていた。
TTAPSは1983年初めに研究成果を書いた文書を限られた人々に配布し、4月に非公開の研究集会を開いた。(このとき、Crutzen, Burksのほか、Ambioの顧問だったからだが軍縮運動でも知られるRotblatを招いたが、Tellerたちを招かなかった。のちにこれは政治的ふるまいだとして批判された。) 10-11月には公開の場で研究を発表し、12月にはScienceに論文が出た。
核武装のSDI構想支持者であったLivermore研究所(LLNL)のTellerは、研究者にこの問題に関する研究をよびかけたが、そこにはTTAPSの主張を否定しようという意図があった。
NCARのThompsonとSchneider【とCovey】の大循環モデルによる数値実験の結果は、TTAPSの鉛直1次元モデルで示されたほど大きな影響ではなくいわば「核の秋」だというものだったが、影響が無視できると言えるものではなかった。
ICSUのもとにあったSCOPE (環境問題科学委員会)で、レビュー報告書が作られ、1985年に発表された。編者をつとめたAckermanに対して、雇い主のNASAは勤務中従事を認めず、余暇をつぶす仕事となった。

Dörriesはまた、SaganとPollackは核兵器には反対だが、気候を人為的に制御することには積極的だった、と言っている。その根拠は、PolackとSaganが1993年に出版された本の章で、金星の気候を改造して地球に似たものにする構想を語っていることだ。Dörriesは、SaganとPollackはこの点では、明らかに気候制御に積極的だったTellerと近い考えをもっていたと見ている。(わたしは、積極的といってもその程度がだいぶ違っていたと思うのだが、確認したわけではない。) 他方、若いほうの3人は気候制御に積極的でなかったらしい(ただし具体的事例は示されていない)。Dörriesは一般的に、1960年代の気候に関する科学の発展をよく理解している人たちは、人為的に気候を制御する考えには慎重になっていった、と述べている。

なお、Turco (Dörriesへの私信)によれば、 核武装論者は、0.5℃くらいの気候変化はあっても(核戦争の状況では)問題にするほどのことではないと考えていたそうだ。TTAPSが示した変化はそれよりも大きかったので、核武装論者にはそれを否定したい動機があって、政治的対立と科学的内容がからんだ論争が起きてしまったようだ。

  • A.B. Pittock, T.P. Ackerman, P.J. Crutzen, M.C. MacCracken, C.S. Shapiro & R.P. Turco eds., 1985: Environmental Consequences of Nuclear War (SCOPE 28), Vol. 1, Physical and Atmospheric Effects. Wiley. http://scopenvironment.org/downloadpubs/scope28i/index.html
  • R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack, C. Sagan, 1983: Nuclear winter: Global consequences of multiple nuclear explosions. Science, 222: 1283 – 1292. doi:10.1126/science.222.4630.1283

Samuel Randalls: 気候変動政策にかかわる経済学、とくに長期最適化計算

  • Samuel Randalls, 2011: Optimal climate change: Economics and climate science policy histories (from heuristic to normative). Klima (Osiris 26), University of Chicago Press, 224 — 242.

気候変動政策にはいろいろな社会科学がかかわりうるのだが、そのうちで経済学、さらにそのうちで費用便益分析をおもな認識枠組みとするものが圧倒的に大きくかかわっている。

著者にとっての現在はStern Review (Stern, 2007)が出た時点だが、それよりも前から、温暖化「緩和策」(温室効果気体排出削減策)を今後百年ほどのうちのどの時期にどのくらい実行したらよいかの政策決定の手がかりとして、経済学的知見を与える研究が行なわれてきた。そこでは、温室効果気体排出量から大気中濃度を経て気温などの気候変数をつなぐ自然科学的知識と、気候変化が人間社会にもたらす損失および緩和策を実行するための費用に関する社会科学的知識とを、数値計算の形で結びつけたモデルを構築する。そのモデルがとりうる経路(排出量・気候変数・経済変数などの組の時系列)のうち、与えられた気候の目標(たとえば世界平均気温を産業革命前+2℃以内におさえること)を満たすもので、百年ほどの期間を通じた正味の便益(損失や費用は負の値で含まれている)が最大になるものを最適経路と考える。ただし、時期の違う費用・便益をいっしょに扱うため、割引率を使って将来の値を現在の値に換算する。

Sternの仕事もそういうものだったのだが、割引率として小さい値を与えたことで、従来の研究よりも大きな緩和策をとることを支持する結論を得た。(割引率を小さくした根拠は未来の人に損失を与えることを軽く見てはいけないという倫理的価値判断だったと考えられる。しかし、Sternの仕事は依然として経済的枠組みによる評価であって、倫理的枠組みによる評価ではない。)

このような気候変化の費用便益分析の計算に初期段階からかかわった人のひとりにWilliam Nordhaus (1941年生まれ、Yale大学教授)がいる。Nordhausが1992年に発表した、通時的最適化型の、DICE (dynamic integrated climate-economy)モデルは、その後も改訂されて【2015年4月現在最新版はDICE-2013R】、今も多くの人に参照されている。【地球温暖化にかかわる気候・経済モデルの研究者の間では、各自の特徴をもったモデルをつくって結果を発表する際に、DICEの結果を比較対象とすることが多い。とくに、通時的最適化型のものについては、DICEがexemplarとなっていると思う。ほかに、時間ステップを踏みながら各ステップごとに経済行動を決めていく、逐次決定型のモデルもある。この発想は、たとえば『成長の限界』の研究に使われたWorld 3モデルと似ており、DICEとは直接比較困難なところもある。】

本章によれば、Nordhausの気候と経済に関する仕事は次のように変遷している。
1974年、エネルギー資源問題についての議論のついでに温暖化にふれた。ただし重点ではない。
1977年、CO2濃度を2倍以内におさえるcost-efficientな経路を求める研究をした。
1979年、エネルギー資源消費が成長におよぼす制約を論じた。
1983年、National Research Councilの二酸化炭素と気候変化に関する報告書を分担執筆した。
このころまでは、Nordhausの計算の位置づけはheuristicなもの(思考の参考例)であり、予測でもなければ、こういう政策をとるべきだという助言でもない。
【NRC (1983)については、わたしは経済関係のところの内容をまだ詳しく読んでいないが、目次を見る限り、Nordhausが執筆担当した章の趣旨は、将来の排出量の見積もりである。そこには人間社会に関する不確かな予測を含むので、人間社会がある与えられた条件のもとで最適な判断をするという発想は使われたかもしれない。しかし、この報告書ではまだ、気候に関する目標を達成するための最適な経路あるいは望ましい経路を提示する、という考えは実行されなかったはずだ。】
1988年にIPCCが発足した。そのころから、Nordhausは規範的(normative)な助言を期待された。それに、費用便益分析の観点から最適な(=与えられた目標をもっとも効率よく達成できる)排出経路を示すという形で答えたのが、DICEモデル以後の仕事だ。

Randallsは、heuristicな仕事とnormativeな仕事との違いを、社会の中で期待された役割の違いとして論じている。その面は確かにあると思う。しかし、わたしが思うには、技術面の違いもあると思う。DICEのような通時的最適解を求める計算には、計算機やそのソフトウェアの技術も、経済学的道具だても整っていることが必要であり、それが整う前は、逐次型にステップごとに計算して経路の例を作るような計算だけが可能だったのではないだろうか。(ソフトウェアの面では、DICEはGAMSという最適化計算のソフトウェアを前提としている。) 上にふれた1977年の仕事をわたしは確認していないが、Randallsによる紹介をみると、最適解を求めたいという意図があったように思えるが、実際にできたのはheuristicな計算だったようなのだ。

【この分野の現役の研究者の話を聞きながら考えたことだが、通時的最適化は、定式化された問題にきちんと答えられる点は長所なのだが、将来(たとえば)百年にわたる政策判断を初期時点で一度にしてしまうという定式化にはあまり現実みがないと思う。計算上の最適解も、政策との関係ではheuristicなものとみるべきではないだろうか。】

文献

  • National Research Council, 1983: Changing Climate: Report of the Carbon Dioxide Assessment Committee. National Academy Press, 498 pp. ISBN 0-309-03425-6. [読書メモ]
  • William Nordhaus, 1992: An optimal transition path for controlling greenhouse gases. Science, 258: 1315 – 1319. (著者ウェブサイト http://www.econ.yale.edu/~nordhaus/homepage/ にもある。)
  • Nicholas Stern 編, 2007: The Economics of Climate Change — The Stern Review. 紙版はCambridge University Pressから出版。ディジタル版は http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/+/http:/www.hm-treasury.gov.uk/sternreview_index.htm にある。

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