多田 隆治 (2013) 気候変動を理学する

  • 多田 隆治, 2013: 気候変動を理学する — 古気候学が変える地球環境観。みすず書房, 287+xi pp. ISBN 978-4-622-07748-7.

2013年の新刊。出版社からお贈りいただいてすぐ読んだのだが、読書ノートを書くのを忘れていた。2018年7月、地学概論の授業で紹介したくなって読みかえした。

著者は、地球科学の地質学のうちの堆積学を学び、海底堆積物にもとづいて、おもに地球史のうちでは最近の第四紀の海洋・気候の変動を研究してきた。本書の特徴もその話題にあると思うが、地球物理、とくに田近英一さんの数理モデルによる気候システムの議論も含めて、気候と生物地球化学サイクルの変動を論じている。

本書は2012年におこなわれた5回の「サイエンスカフェ」にもとづいている。サイエンスカフェといってもいろいろあるが、本書の場合は講義に近い。ただし、講義にしては頻繁に質問がはいり、それに答えながら多田さんが話を進めている。それだからおもしろく読めるところもある。他方、論旨がわかりにくいこともあるかもしれない。著者もそれを心配したようで、本の終わりのほうの「サイエンスカフェを終えて」と題した部分で、それぞれの回の要点を説明しなおしている。この読書メモでこの下でする内容紹介も、だいたいその要約にしたがっている。

本書のもうひとつの特徴は、黒と明るい青の二色刷りにして、さらにその濃淡をつかって図を表現しているところだ。一色刷りよりも見やすいし、フルカラーよりもむしろ何を示したいかがわかりやすいと思う。フルカラーの図もあるが本のまんなかの6ページにまとめられている。

ここから、おもに「サイエンスカフェを終えて」にそった内容紹介。

2010年の秋ごろ、著者の高校のクラスメートでもある日立環境財団の神山和也さんからの提案で「サイエンスカフェ」をやることになった。
その趣旨は、地球温暖化などについて言われていることの真偽を判断するための基礎概念を説明することだった。

世の中の地球温暖化に関する議論に、著者は次のような問題点を感じていた。
1. 温暖化否定論者が、一方的な主張を伝えている。他方、温暖化がすでに進行しているという主張の説明は、難解だ。
2. マスコミの取り上げかたが、肯定論・否定論のバランスを重視するものになりがちだ。また、とくに日本では、マスコミ自身が言説を吟味・評価する能力をもっていない。
3. 地球環境に関する教育はあるが、科学的側面からとらえる基礎教育が不足している。

そこで、著者は、「気候を維持する本質的な過程や気候変動を引き起こす主要なメカニズム、それらを説明する理論」を理解してもらおうとした。【本にしたときの題名の「理学」に「する」をつけたのは新造語だと思うが、その趣旨は、メカニズムや理論を考える活動をいっしょにやってみよう、ということらしい。】

第1回「地球の気候はどのように制御されてきたか」。
地球表面の温度は次の3つの要因で決まっている。
1. 太陽の明るさ
2. 反射 (アルベド)
3. 温室効果 (みかけの射出率が1よりも小さい)
地球は過去に全球凍結の状態になりそこから脱出したと推測されるようになった。これは、「気候ジャンプ」のもっとも劇的な例といえる。気候システムには複数の安定状態があって、その間をジャンプするのだ。ただし、行きと帰りの道筋は必ずしも同じでない(「ヒステリシス」とよばれる状況)。

第2回「地球は回り、気候は変わる」。
気候変動のメカニズムを、氷期-間氷期サイクルを例として論じる。
地球の歴史のうちでは新しい第四紀のあいだに、大陸氷床が拡大・縮小をくりかえしたことがわかってきた。そして、その原因として有力になってきたのが、地球の公転と自転の軌道要素の変化にともなう、地球に到達する太陽放射エネルギーの変化だ。地球全体・年合計で受け取るエネルギーの総量がほとんど変わらない状況でも、その緯度・季節分布の変化があれば、地球の気候システムを構成する部分が、それを選択的に増幅することがある。氷の変化と同調して二酸化炭素濃度も変化している。二酸化酸素は、全球大気でほぼ一様にまざることによって、北半球の気候変化の信号を南半球に伝えている。

第3回「CO2濃度はどのように制御されてきたのか」
氷期-間氷期サイクルにともなって大気中の二酸化炭素濃度が変化した。二酸化炭素から気候への影響はたしかにあり、氷期と間氷期の温度差5℃前後のほとんどを説明できるともいわれる。他方、気候から二酸化炭素濃度への影響もあるにちがいない。それは大気と海洋との二酸化炭素のやりとりによっているはずだ。そのしくみとして「生物ポンプ」「アルカリポンプ」「溶解ポンプ」があげられる。生物ポンプとは、海洋の表層で光合成をする生物によって有機物がつくられ、それが(生物の死骸などの形で)海底まで沈むことによって炭素を下に運ぶことだ。それぞれの「ポンプ」の働きが気候によって変化する。

第4回「急激な気候変動とそのメカニズム」
グリーンランド氷床コアや北大西洋の堆積物を見ると、氷期のうちに急激な気候変動が見られる。それは Dansgaard-Oeschger cycle (DOC)と Heinrich eventsといわれる。DOCは温暖と寒冷の2つの状態のあいだのジャンプのようで、状態の継続は千年程度、移行は十年程度でおこる。DOCの温度変化は南北半球で逆なので、全球平均気温の変化としては大きくない。DOCにともなうCO2濃度変化は、Heinrich eventもともなう場合は見られるが、そのほかは明確でない。この現象をおこすしくみには、氷床と海洋(とくに大西洋深層)がかかわっている。氷床は自励振動をおこす。海洋深層循環は複数の安定状態があり、ヒステリシスをもつ。

第5回「太陽活動と気候変動」
太陽放射の変化についてわかっていることは、億年の時間スケールでは太陽の核融合反応の進行にともなって放射量が増加することと、最近数十年の観測によれば黒点数変動にともなって放射量が変動するが、その量は放射量自体の 0.1% 程度にすぎないということだ。
ただし、太陽活動が気候に影響をおよぼすしくみは、全波長合計の放射エネルギー量の変化によるものばかりではない。紫外線の波長帯の放射量は 4% 程度変動している。それによって成層圏のオゾンが変化し、成層圏の温度も変化して、間接的に対流圏の気候にも影響がありうる。
このほかに、太陽磁場 – 銀河宇宙線 – 雲 という因果連鎖を提唱する人もいるが、この説の検証には時間がかかりそうだ。
気候変動は、必ずしも地球全体が一様に暖かくなる・寒くなるという形でなく、分布パターンの変化や、変動の振幅や周期の変化もある。(したがって地球温暖化が進む中でも大雪や寒波はおこりうる。)

「サイエンスカフェを終えて」の最後部分に述べられた、地球環境問題に関する著者の論点。

  • 二酸化炭素排出をつづけると、もしかすると、気候システムの(または生態系の)状態の急激なジャンプが起こるかもしれないという心配がある。
  • 真の意味の「持続可能な社会」がなりたつ気候の条件は、CO2排出が、自然あるいは人為的な固定とつりあっており、しかも、大気中のCO2濃度や気候の状態が、人類社会にとって許容範囲であることだろう。
  • 温暖化にくわえて、海洋酸性化と、沿岸湧昇域などの無酸素化の心配もある。
  • 地球規模の環境問題に、より迅速に、より包括的に対応していくことがのぞまれる。
  • さまざまな知識や経験をもった意識ある人びとが、問題の概要を科学的、俯瞰的、包括的に理解し、しがらみのない立場から独自の意志と視点に基づいて議論し、判断を下すことが必要だ。そのために、気候変動や地球温暖化の基本過程や原理について、専門家以外の人びとも広く理解していることが望まれる。

ここから、わたし(増田)が気にかかったこと。初版に対するコメントなので、不満だったところはその後の版で改訂されているかもしれない。

2-12図にわたしが1993年の著作物([わたしのHTML版])で使った表現([その図の部分])を使ってくださったのはうれしい。(出版された図からトレースされたのだと思う。出版準備段階で問い合わせてくだされば数値データで提供することができ、トレースのてまをはぶくとともに、もう少し精密にできたのだが。) ミランコビッチが注目した高緯度の夏の日射量変化は、低緯度の夏に見える南北逆位相の約2万年周期(10万年周期で振幅変調されている)と、高緯度の冬にも小さいながら見える南北同位相の約4万年周期のたし算ととらえるとわかりやすい。(なお、図の時間軸をわたしは横(左から右へ)にとったのだが、本書では下から上になっているところが、地層の情報を見慣れた人の感覚があらわれていておもしろい。)

ただしその次のところ、79ページ「1890年ごろ」、80ページ「20世紀に入ったころ」は変だと思う。ミランコビッチの日射量に関する最初の著作は1920年にフランス語で出たもので、わたしは直接読んでいないが、それは今の気候での日射量の緯度・季節分布の話で、まだ氷期の話ではなかったはずだ。「1930年に書きあげた」ものはケッペン編の「Handbuch der Klimatologie」の第1巻として出版され、福井 英一郎(1938)「気候学[読書メモ]でも多くのページ数をさいて紹介されているので、「注目された」と言えると思う。「支持する人はほとんどいなくなってしまった」のは1950年代だと思う。

それから第5回の254ページあたりから(およびまとめの282ページ)のオゾンの件。オゾンは確かに温室効果気体ではあるが、大気のエネルギー収支にとって最も重要な紫外線を吸収する効果は温室効果とは別と考えるべきで、255, 256ページの「オゾンによる温室効果」という表現は不適切だと思う。対流圏にあるオゾンは、人の健康に害のある大気汚染物質であるとともに、地上気温の上昇に寄与する温室効果気体であると言えるが、成層圏にあるオゾンの量が地上気温におよぼす影響は単純でないので、本書の議論の範囲ではオゾンの温室効果にはふれないほうがよいと思った。

折り返しのあとにくわしい目次をつける。

== 目次 ==
サイエンスカフェとは?
目次
はじめに — 地球環境を理学する
第1回 地球の気候はどのように制御されてきたのか
– 地表温度はどのようにして決まるか
– – 放射平衡とは?
– – 温室効果とは?
– – 大気を通る光と通れない光
– 全球凍結をめぐる謎
– – 暗い太陽のパラドックス
– – セーガンの答え — 40億年前の大気
– – さらなる謎 — 地球は幸運な星だったのか?
– – 全球凍結は起きていた
– – 地球規模の炭素循環
– – 化学風化と動的平衡
– – カーシュビンクの答え
– – 全球凍結と三つの安定状態
– – 生物進化と全球凍結
– まとめ
第2階 地球は回り、気候は変わる
– 氷河時代と氷期-間氷期サイクル
– – 最も新しい氷河時代のなかの現在
– – 過去に氷床や氷河があったことはどうしてわかるのか?
– ミランコビッチの仮説
– – ミランコビッチ・サイクルとは?
– – 地球にはどうして季節があるのか
– – 何が北半球氷床の消長を決めているのか?
– – 北半球が氷期のとき、南半球は?
– – なぜ北半球と南半球の氷期-間氷期サイクルは同調するのだろうか?
– まとめ
第3回 CO2濃度はどのように制御されてきたのか
– 産業革命以前のCO2濃度変動
– CO2固定のプロセス
– – タイムスケールにより変わる制御プロセス
– – 固体地球によるCO2固定
– – CO2の貯蔵庫
– – 主な貯蔵庫の大きさ
– 海洋に炭素を送り込む三つのポンプ
– – 生物ポンプ
– – 生物ポンプの強さを決める要因
– – 生物ポンプの働きをコントロールするその他の要因
– – アルカリポンプ
– – アルカリポンプの強さを左右する要因
– – 溶解ポンプ
– – 氷期にCO2はどこにため込まれたのか?
– 深層水循環とCO2濃度の変化
– – 深層水循環をつかさどるブロッカーのコンベア・ベルト
– – 氷期-間氷期サイクルと深層水循環
– まとめ
第4回 急激な気候変動とそのメカニズム –『デイ・アフター・トゥモロー』の世界
– 急激な気候変動が北半球で起きていた
– – ダンスガード=オシュガー・サイクル(DOC)の発見
– – ハインリッヒ・イベントの発見
– – ダンスガード=オシュガー・サイクルとハインリッヒ・イベントの関係
– – ダンスガード=オシュガー・サイクルとハインリッヒ・イベントをつなぐメカニズム
– – 深層水循環を止める水まき実験
– – 深層水循環における三つの安定モード
– – 氷床はなぜ崩壊したのか
– – ここまでのまとめ
– ダンスガード=オシュガー・サイクルに伴う変動の波及
– – 日本海で見つかった証拠
– – ダンスガード=オシュガー・サイクルの伝播
– – 南半球とダンスガード・オシュガー=サイクル
– – 後半のまとめ
– 古気候記録が語る地球の未来
第5回 太陽活動と気候変動 — 太陽から黒点が消えた日
– 過去の太陽活動を知る
– – 黒点の観測記録が示すもの
– – マウンダー極小期と小氷期
– – 太陽活動の変動の痕跡
– – 過去の太陽活動を復元する方法
– 古気候と太陽活動
– – マウンダー極小期の気候
– – 太陽活動と気候パターン
– – 太陽活動が気候に影響するメカニズム
– – 温暖化への寄与
サイエンスカフェを終えて
図表出典一覧
索引

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

このサイトはスパムを低減するために Akismet を使っています。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください