地球の気候はなぜ変わるのか？――温室効果から氷河期まで

地球の気候は昔から変化してきた。

氷河期もあった。温暖な時代もあった。火山噴火や太陽活動も気候へ影響する。

ここまでは正しい。

では、

昔から自然に変わってきたのだから、現在の温暖化も自然変動ではないのか

という疑問はどう考えればよいのだろうか。

この問題を理解するには、「気候を変える要因が一つではない」というところから始める必要がある。

地球の温度はエネルギー収支で決まる

地球は太陽から主に可視光などのエネルギーを受け取る。

一部は雲、氷、地表などで反射され、残りが吸収される。

地球は吸収したエネルギーを赤外線として宇宙へ放出する。

長期平均では、入ってくるエネルギーと出ていくエネルギーのバランスによって地球温度が決まる。

この収支を変える要因が気候を変化させる。

温室効果とは何か

大気中の水蒸気、二酸化炭素、メタンなどは、地表から出る赤外線の特定波長を吸収し、再放射する。

その結果、地表付近は大気がない場合より暖かくなる。

これが自然の温室効果である。

したがって、温室効果＝人間が作った悪い現象ではない。

温室効果は生命が暮らせる現在の地球温度を維持する基本的な仕組みである。

問題は、人間活動によって温室効果を強めるガスの濃度を変化させている点にある。

CO2は少量なのになぜ効くのか

「二酸化炭素は大気のごく一部なのだから、気候へ大きく影響しない」という主張がある。

しかし物質の効果は存在比だけでは決まらない。

CO2は赤外線の特定帯域を吸収する性質を持ち、その濃度変化によって地球が宇宙へ放出する放射のバランスが変わる。

大気中で最も重要な温室効果気体の一つは水蒸気だが、水蒸気量は温度に強く依存する。

CO2増加で温度が上がると、大気が保持できる水蒸気も増え、温室効果がさらに強まる。

これは水蒸気フィードバックと呼ばれる。

地球軌道も気候を変える

数万～十万年という長期間では、地球の公転軌道や自転軸の状態が周期的に変化する。

主に軌道離心率、自転軸傾斜、歳差運動の変化である。

これらをまとめてミランコビッチ・サイクルと呼ぶ。

総日射量の単純増減というより、緯度や季節ごとの日射分布を変化させ、それが氷床成長などと組み合わさって氷期・間氷期のサイクルに重要な役割を持つ。

太陽活動は影響しないのか

もちろん影響する。

太陽放射が変化すれば地球のエネルギー収支も変化する。

しかし「影響する」と「現在の温暖化の主因である」は別の話である。

現代の温暖化を説明するには、地表・対流圏が暖まっていること、成層圏には冷却傾向があること、海洋に大量の熱が蓄積していること、温室効果ガス濃度が増えていることなど複数の観測を同時に説明しなければならない。

現在得られている証拠は、近年の長期温暖化を太陽活動だけでは説明できないことを示す。

火山噴火は地球を暖める？冷やす？

火山はCO2も放出する。

しかし巨大噴火では硫黄化合物が成層圏へ達し、硫酸エアロゾルを形成することがある。

これが太陽光を反射し、数年程度の時間尺度で地球を冷却する場合がある。

1991年のピナツボ火山噴火が代表例である。

海は巨大な熱の貯蔵庫

地球表面の大部分は海である。

水は大きな熱容量を持つため、海洋は気候システムに膨大な熱を蓄える。

エルニーニョやラニーニャでは、熱が大気と海洋の間、あるいは海洋内部で再分配されることで、数年規模の全球平均気温にも変動が生じる。

ここで重要なのは、熱の再配分と地球全体の長期的なエネルギー増加を区別することである。

昔にもCO2は高かった

地球史には現在よりCO2濃度が高かった時代がある。

これも事実である。

しかし、それは「CO2が気候へ影響しない」証拠ではない。

地質記録からは、太陽光度、大陸配置、海洋循環、温室効果ガスなどが変わることで、地球が大きく異なる気候状態を経験してきたことが分かる。

重要なのは変化の原因と速度である。

現代温暖化はどうやって原因を特定するのか

気候科学では一つのデータだけで原因を判断しない。

研究者は、気温分布、海洋熱量、氷床・氷河、海面水位、大気の鉛直温度分布、温室効果ガス濃度、炭素同位体、太陽活動、火山活動、気候モデルなど複数の独立した証拠を照合する。

IPCC第6次評価報告書は、**人間の影響が大気・海洋・陸域を温暖化させたことは疑う余地がない（unequivocal）**と評価した。

2011～2020年の全球平均地表温度は1850～1900年比で約1.1℃高かったとされる。

自然要因だけを入れた気候モデルでは近年の温暖化を再現できず、人為的な温室効果ガスなどの影響を含めることで観測と整合する。

気候変動の議論で大切なこと

「気候は昔から変わってきた」と「今の温暖化は人為起源である」は矛盾しない。

地球気候には昔から自然変動がある。

そのうえで、現在起きている変化の原因を個別に調べる。

科学的な議論で重要なのは、「自然か人間か」という二択にすることではない。

どの要因が、どの時間尺度で、どれほど効いているのかを定量的に分けることである。

まとめ

地球の気候を変える要因には、温室効果ガス、地球軌道、太陽活動、火山、海洋循環、大陸配置、雪氷、雲などがある。

自然変動は実在する。

それでも現代の長期的な全球温暖化については、観測、物理理論、モデルなど複数の証拠が、人間活動による温室効果ガス増加を主因として指し示している。

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参考資料

• IPCC, Sixth Assessment Report, Working Group I
• IPCC AR6 Synthesis Report
• NOAA Climate resources