地球温暖化

気候変動に関する政府間パネル(IPCC) †

IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change、IPCC）とは、国際的な専門家でつくる、地球温暖化についての科学的な研究の収集、整理のための政府間機構である。学術的な機関であり、地球温暖化に関する最新の知見の評価を行い、対策技術や政策の実現性やその効果、それが無い場合の被害想定結果などに関する科学的知見の評価を提供している。数年おきに発行される「評価報告書」(Assessment Report)は地球温暖化に関する世界中の数千人の専門家の科学的知見を集約した報告書

• 温暖化：もっとも信頼できる見積もりによると、地球表層気温変化は19世紀後半以降に0.6℃の上昇、95%信頼区間で0.4から0.8℃上昇した。
• 1万年前から表層温度は低下してきたが、産業革命以降、上昇傾向にある。
  

気候最適期 †

７千年～５千年前ころ、現在よりも気温が２～３℃高い温暖な気候が続いた時期があった。この時期を「気候最適期（ヒプシサーマル期）」と呼ぶ。

• この時期には 熱帯収束帯が北上していたこと, モンスーン活動が活発であったことなどが古気候再現モデルなどによって確かめられています。
  • アフリカからアラビア半島,中近東および中国大陸は,現在よりずっと湿潤で降雨量も多く,エジプト,オリエント,インダスなどの古代文明が繁栄した。
  • また,サハラは草原で覆われていたらしく,サハラ砂漠に狩猟の壁画の遺跡が残されている。
  • 古代エジプトにおいてはナイル河が氾濫を繰り返すほど多雨であった。そのため天文や土地の測量術が発達した。反対にヨーロッパの中緯度帯などは,亜熱帯高気圧が北偏したため,乾燥していた。
  • 日本ではこの温暖な時期を縄文海進とよんでいる。北海道から東北地方の太平洋側は温暖・乾燥化していた。 近畿地方以西の西日本では,瀬戸内海を除いて温暖・湿潤であった。遺跡の発掘調査から 、西日本には照葉樹林が発達し, 東日本は落葉広葉樹林が発達していた。東日本には大規模な集落が各地に出現した。落葉広葉樹林は生産性が高く,大規模な集落が可能であったからだと推定されている。
• 医学研究によれば、高温低湿の気候が人間の身体に最適で、低温多湿のときはその逆であるという

氷河期と間氷期：現在は間氷期 †

氷期（氷河期）地球には、過去何度も氷期が訪れており、比較的よく知られている新生代第四紀（１８０万年前～現在）だけでも主なもので４つの氷期があったと言われている。

• 直近のヴュルム氷期（７万年～１万８千年前）の海面は、今よりも１４０ｍ（１００、１５０ｍという記述もある）程低く、日本列島は、朝鮮半島・樺太を経由して大陸と地続きであったし、瀬戸内海も陸域であった

南極の氷床コアによる過去40万年間の気温、二酸化炭素濃度、ダスト量の変化 †

• ４２万年の間に４回の周期性をもつ変動が観測されている。コアのデータに見られる大規模な氷期間氷期のシグナルは見事に一致しているが、微細な変動の解釈にはまだ問題が残っている。
  • この１０万年の周期から、現在は間氷期にあり、これから寒冷期に向かっていくとの見方もある。
    

温暖化の報告 †

• 自然科学的根拠：人間による化石燃料の使用が地球温暖化の主因と考えられ、自然要因だけでは説明がつかない
  • 二酸化炭素の増加は、主に人間による化石燃料の使用が原因である。
  • 二酸化炭素は、人為起源の温室効果ガスの中で、最も影響が大きい。この他、メタン、一酸化二窒素、ハロカーボン類なども影響したと考えられる
  • 1750年以降の人間による活動が、地球温暖化の効果（正の放射強制力）をもたらしている（信頼性：高）。太陽放射の変化による増加分よりも、人為起源の変化の総量の方が10倍以上大きいと見積もられる。
• 直接観測の結果
  • 1906年～2005年の気温上昇幅は0.74℃である。1956～2005年の昇温傾向は10年あたり0.13℃である。これは1906～2005年の傾向のほぼ2倍である。
  • 平均海洋温度は、少なくとも水深3000mまでは上昇している。気候システムに追加された熱の８割超が海洋に吸収され、海水を膨張させて海面水位の上昇に寄与している。
  • 20世紀中の海面上昇量は0.17(0.12～0.22)mと推定される。この観測値は信頼性が高い。
  • 約12万5千年前、現在よりも遙かに気温の高かった時代、両極域の氷雪の減少は海面を4～6m分上昇させたと考えられる
• 気候変化の予測結果
  • 今後20年間の気温の上昇ペースは10年当たり約0.2℃と予想される。全ての温室効果ガスとエアロゾルが2000年当時の水準に保たれた場合は、10年あたり約0.1℃上昇すると推定される。
  • 世紀末における平均気温の上昇幅の予測結果は、今後の人為的な排出量のシナリオ（SRESシナリオ）によって1.1～6.4℃まで異なる。
  • 海面の上昇量の予測結果は、今世紀末において18～59cmと予測されている。
  • 温暖化により、陸域と海域における二酸化炭素の吸収量が減少する
• 将来の影響に関する現時点での知見
  • 生態系 ：陸域の生態系による炭素の吸収量は今世紀半ばに飽和し、その後は減少する可能性が高い。現状以上の水準の排出が続いた場合、排出に転じる可能性すらある。これは気候変化を加速する
  • 1.5～2.5℃の平均気温上昇により、約20～30%の種の動植物が絶滅の危機に瀕する。
• 長期的な大規模な変化
  • 1～4℃の平均気温上昇により、数世紀または数千年の間に4～6mまたはそれ以上の海面上昇がおこる（中程度の信頼性）。グリーンランドや西南極氷床が完全に融解した場合、それぞれ7mおよび5mの海面上昇を起こす
  • 炭素1トン当たりの社会的コスト(social cost of carbon:SCC)は$10～$350（平均$12/t）と推定されている

温室効果ガス †

炭素循環全体を見ると、毎年約2,100億トンの二酸化炭素が自然界から排出され、約2,138億トンの二酸化炭素が自然界に吸収されている。この差分が人為的な排出の吸収分で、人為的な排出量のおよそ半分（35億トン）程度の二酸化炭素が、毎年大気中に増えていると考えられている。

• 温暖化の研究ではコンピュータモデルを用いた気候研究が行われている。使われるモデルは、実際の気候変化（季節変化や北大西洋振動、エルニーニョなど）の観測事実とシミュレーション結果が良く一致するものが使われる。これらの全てのモデルの結果が、温室効果ガスの増加は将来的に気候を温暖にするであろうと示している
  • 温室効果モデルによれば地上よりも対流圏中層の気温が上がるといわれているが、ラジオゾンデなどによって実際に観測された気温データには、対流圏中層の特異的な昇温現象（ホットスポット）は観測されていないなど、モデルと観測の食い違いが指摘されている。
  • 年間排出総量の１％から２％が増加していることになるが本当か。シミュレーションの精度や確度は？？
  • 観測地点の選定や都市化の影響等を受けた近年の気温測定に関する不備を指摘する声は少なくない。一方、IPCCの報告書によれば気温変化における都市化の影響はそれほど大きくないとされているが、観測地点の変化と平均気温の間に高い相関が見られることなどから、IPCCの気温データに対して批判的な見方がある

• 大気中の濃度は、1750年の産業革命が始まってから、二酸化炭素は31%、メタンは149%分増加（2001年、WDCGGによる）している。これは、氷床コアから得られた信頼できるデータが得られている過去65万年の間のどの時期よりも高い。二酸化炭素がこれよりも高い値を示すのは、間接的なデータであるが4千万年前までさかのぼるとされている。
  • ならば何故、縄文時代の海面上昇は、あれほど高かったのか？
• 二酸化炭素は海中にも直接取り込まれ、降雨に溶け込み湖沼に流れ込み、最終的に海洋にも流れ込む。海中のサンゴに炭酸カルシウムなどとして海水含有分から取り込まれ、森林の木々の組成には大気中や地中の水分などから固定される。 この両者の固定されている炭素量は、人類による環境破壊や資源としての利用の結果、年々減少傾向にあり、そのことも、間接的にも人為的に二酸化炭素を増やす要因となっている。

縄文海進 †

縄文海進（じょうもんかいしん）とは、縄文時代に日本で発生した海水面の上昇のことである。海面が今より3～5メートル高かったと言われ、縄文時代前期の約6,000年前にピークを迎えたとされている。

• 縄文海進は、貝塚の存在から提唱されたものである。海岸線付近に多数あるはずの貝塚が、内陸部でのみ発見されたことから海進説が唱えられた。その後、海水面の上昇が世界的に発生していたことが確認された。
• 日本の気候は現在より温暖・湿潤で年平均で1～2℃気温が高かった。完新世の気候最温暖期は、北極付近では4℃以上上昇した（シベリアでは冬に3-9℃、夏に2-6℃というデータもある;Koshkarova、2004）。ヨーロッパ北西では温暖になったが、南部では寒冷化していた（Davis、2003）。 年平均気温の変化は緯度が高いほど顕著に現れ、基本的に低・中緯度ではあまり変化が無かった。熱帯のサンゴ礁では1℃に満たない程度である。世界平均では、おそらく20世紀半ばと比較して（緯度による違い、季節性、応答パターンの違いを見積もって）0.5-2℃温暖だったと言われている。

• この時期は最終氷期終了の後に起きた世界的に温暖化の時期に相当する（完新世の気候最温暖期）。また、北半球の氷床が完新世では最も多く融けていたため、世界的に海水準が高くなった時期に当たる。この温暖化の原因は地球軌道要素の変化による日射量の増大とされている。
  
• 低緯度地域ではそれほど著しい気温変化は見られ無かったが、他の面での気候の変化は報告されている。アフリカやオーストラリアでは湿潤になり、アメリカ中西部は砂漠に近い状態であった。南アメリカのアマゾン周辺では気温が上がり、乾燥化した（Mayle、2004）

気候変動の自然要因：ミランコビッチ理論 †

１０万年単位など長期の地球規模での大きな気候変化はどのような原因によるか？

• ミランコビッチ理論とは、太陽からの受光量が氷河期・間氷期を決めるという理論である。
  • 公転軌道の離心率（天体の軌道の円からのずれを表す指標）や地軸の傾きの変化によって、周期的に氷期と間氷期が訪れるという理論で、夏季、大陸が多い北半球の高緯度地帯の日射量が減少すると大陸氷河（氷床）が発達する。すなわち、夏季に日射量が減少すると雪がとけず残る。雪（氷床）は太陽からの日射を反射し地球にとどまる熱エネルギーも減少する。この循環が氷河（氷床）を更に発達させ、氷河期（氷期）が生じる。
• 国立極値研究所の観測結果は、ミランコビッチ理論を支持する結果となっている。
  • 研究によれば、「過去４回のターミネーション（氷期から間氷期への移行）における南極での気温上昇と大気中の二酸化炭素濃度の上昇が、北半球の夏期日射量が増大する時期に起こったことが明らかになった。」
  • ミランコビッチは、北半球の高緯度地域における日射量が低下した時期に、寒冷な気候となり氷床が拡大したと主張した。地球は現在、間氷期にあり、これから長期的に、北半球の高緯度地域の日射量が減少に向かうので、寒冷化に移るということになる。この先2万年の長期の気候の傾向は、北半球の広範囲の凍結と気温の低下を示していることになる。

• 公転軌道の変化：現在の公転軌道は円に近いが、周期的に円軌道とやや扁平な楕円軌道を交互に繰り返す。この変動は１０万年の周期をもつ。
• 地軸の傾斜角：地軸は、24.5 度～22.1 度の間を４万１千年周期で変動するため太陽との距離が増減する。
• 歳差運動：公道軌道面に対する自転軸の向きが変化する（コマの首振り運動）こと。この変化は、２万３千年と１万９千年の周期をもつ

約１万１千年前の急激な寒冷化：ヤンガードリアス期 †

気温が上昇した間氷期にあって北半球の高緯度地帯では、１００年間で約６℃程急激に気温が下がり氷期に逆戻りした時期が１千年続いた。

• 急激な変化は、「深層海流」と呼ばれる地球規模の熱エネルギー循環システムが原因といわれている。
• メキシコ湾流が冷たく乾いた北極の大気によって、水温が下がり、かつ、海水の塩分濃度が高く（重く）なり、グリーンランド周辺で垂直に「沈み込み」、大西洋の深海底を南下して南極で沈み込んだものと一緒になり、インド洋や太平洋に至り上昇するものであるが、この循環が、極地の過度な寒冷化を防ぎ、気温の平準化を推進している。
• 原因：氷河が融けてできた五大湖付近の超巨大真水湖が決壊して大量の真水がグリーンランド近海の大西洋に流れ込んだために海水の塩分濃度が薄くなり「深層海流」のエンジンと言える「沈み込み」が止まり、極地付近の気温が急激に下がったという説が有力視されている。その後、ある程度氷河（氷床）が発達したことで再び「深層海流」が復活し、寒冷期が終わったとされている。

寒冷期の民族移動 †

• 海外
  • 紀元前１５００年頃 アーリア人のインド侵入
  • 紀元前１２００年頃 ドーリア人の地中海侵入
  • 紀元前~３００年頃　匈奴の南進・西進　秦・漢の時代
  • 西暦４００年頃　ゲルマン民族の大移動
• 日本
  • 縄文から古墳時代にかけて、大陸からの人口移動があった。高麗人、綾人、漢人など
  • 天明（１７８２～８７）,天保（１８３３～３９）の大凶作。天候不順や異常気象が原因。小氷期にあたる。フランス革命もこの時期で、異常気象のため,パンの値段が高騰したのが直接の原因。

温暖化とCO2：Ｒ．Ｆ．Ｋeelingの研究 †

• 気温の上がった半年～１年後にＣＯ2が増えている事実から、ＣＯ2濃度の増加で温暖化するのではなく，気温(海面温度)の上昇でＣＯ2濃度が増えるという説をとなえている。大気中のＯ2濃度が北半球でも南半球でも季節変化していると発表した。Ｏ2とＣＯ2の濃度の合計の季節変化は主に，海洋と大気の間のこれらの気体の交換の結果である．夏には海洋から大気へ，冬には大気から海洋へこれらの気体が移動している。
• 表層水の温度は太陽活動と地球の受光能で決まるので、北極圏では，過去３５０年にわたる気温の変化と太陽光の受光量の変化はよく対応している．言いかえれば、受光量の増加によって、気温が上がり氷が融けている。
• ヘンリーの法則：CO2などの海水への溶解度は、温度の上昇によって減少する。

熱収支・物質収支 †

• 受光量と放熱量の収支が重要である。
  • ミランコビッチ理論のように、地球の受光量の変化に着目すべし。
  • 放熱量は対流圏上空のマイナス２３℃で宇宙に放熱する量である。地球は、地表や海面が受光で温められ、対流によって上空から放熱されるので、下が熱せられ上が冷やされるので，対流圏の大気の循環活動が成立する。
• 大気汚染や噴火による受光量の減少
  • 大気汚染は、地表に届く太陽光を少なくするので，寒冷化をもたらすことになる．一方、黒い汚染物質が対流圏に放出される場合、太陽光はこの汚染物質に吸収されてその高度の大気を加熱する．そして，地表に到達する太陽光は減少する．その結果，上が加熱され，下が減熱されることになるので，大気の循環は阻害されるので、温室効果やヒートアイランドが現れる。
  • １９７０年代では、大気汚染による受光量の減少で寒冷化がすすむとの説が有力であった。
  • １９９１年のピナツボ火山の噴火により，微粒子が成層圏に放出され，地表の受ける太陽光が減って温度が下がり、その後２年ほどCO2は増えていない。
• 光合成
  • 表層水が冷たい高緯度地帯では、表層水に供給された炭素化合物は細菌などの餌となり，大気から供給されるＯ2によってたちどころに酸化されＣＯ2になる．この豊富なＣＯ2と養分によって海洋の光合成が進行する。一方上昇流が弱く、CO2の溶けにくい赤道地域では、海藻は少ない。
  • 水温２０度Cと０℃では、CO2の溶解度は倍も異なる。(ヘンリーの法則）
    

地球の大気の組成の変化：大気の物質収支は安定的か？ †

地球に海が安定して存在したのは、約40億年前であった。その頃の大気は高圧のCO2とNでできていた。

• 海ができることで、大気中のCO2が水に溶けた。そして大気中のCO2濃度低下により、温室効果の減少し、大気中の二酸化炭素を数気圧まで下げた。
  • 大気中の二酸化炭素は海に溶け，カルシウムイオンと反応して石灰岩をつくり，大気中の二酸化炭素はどんどん減少し，その温室効果も弱くなって気温が下がっていった。
  • 地球の水は、地球を形成する材料となった微惑星の中に、水酸基の形で水を持つ含水鉱物が含まれていたり、もともと氷の形で含まれていたものが、衝突合体で原始地球が成長していく過程で放出され、地球を取りまく原始大気となったものだと考えられています。
• 38億年前のあたりで、光合成が始まった。酸素の登場である。光合成の担い手はシアノバクテリアであった。

  6CO2 + 6H2O　→　C6H12O6 + 6O2　　

  • 最も古い化石は，35億年前のラン細菌(シアノバクテリア)と考えられている。これは光合成をして酸素を作り出す。当時，海洋にも大気中にも酸素はほとんど存在しなかったが，海洋で生まれた生物の光合成で次第に酸素が増加し，海洋では鉄イオンと反応し，縞状鉄鉱層ができた。今からおよそ25億年前である。
• 石炭紀など、大量の植物遺体の生成期に、酸素が増加した。
• 16億年前まで、海水中に岩石から溶脱してとけ込んでいる二価の鉄イオンが、酸素によって酸化されて三価の鉄イオンになる→溶解度が低いため水酸化鉄として沈殿した。世界の大規模な鉄鉱床は、ほとんどがこのようにしてできた先カンブリア代の堆積性縞状鉄鉱床。これは増大する酸素を減らす負のフィードバックであった。
• 4億年頃前から、酸素濃度が安定してきた。光合成によって大気中に酸素が蓄積され、ある濃度に達するとオゾン（層）が形成されて、太陽からの紫外線の大半を遮断するようになる。 これが生物の陸上進出を可能にした。
• 大気中の酸素濃度は一定ではないが、光合成やバクテリアによる正のフィードバックと鉱物などのよる酸化作用の負のフィードバックによって、安定機構が働いて、現在に近い濃度の前後で安定している。
• つい最近になって、といっても産業革命以後、化石燃料の消費、熱帯雨林の破壊などで大気中の二酸化炭素分圧の上昇が見られるようになった。
• 惑星の大気組成；単位％
  
  地球だけが海をもち，大気中の二酸化炭素が多量に水に溶け，現在では石灰岩中に固定されている。また，海で発生した生物によりつくられた酸素が増加した。

可能性(likelihood)の表現 †

成果または結果の可能性の評価と示すため、専門家の判断に基づいて、発生確率ごとに下記のような用語が用いられている。

発生確率＞99%：「ほぼ確実である」(virtually certain) 
＞95%：「可能性が極めて高い」(extremely likely) 
＞90%：「可能性がかなり高い」(very likely) 
＞66%：「可能性が高い」(likely) 
＞50%：「どちらかと言えば」(more likely than not) 
＜33%：「可能性が低い」(unlikely) 
＜10%：「可能性がかなり低い」(very unlikely) 
＜5%：「可能性が極めて低い」(extremely unlikely)