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温暖化が氷河期を招く 海洋大循環が止まるとき （SCIENTIFIC AMERICAN November 2004）
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巨大な雹(ひょう)が東京に降り注ぎ、竜巻がカリフォルニアを襲う。突然に氷河期になったかのような気候の激変が起きたのだ。北米にいた何百万もの人々は温暖なメキシコに逃れ、凍てついたニューヨークに残された人々にはオオカミが忍び寄る──ハリウッドの災害パニック映画『デイ・アフター・トゥモロー』では、こんな世界が描かれている。
近いうちに大規模で急激な気候変動が起きる可能性はあるのだろうか。それとも映画制作会社が大げさに作ったのだろうか。この2つの問いに対する答えはどちらもノーだ。気候の専門家の多くは数十年以内に本格的な氷河期が来ることはないと考えている。だが突然の劇的な気候変動は過去に何度も起きており、これが再び起きる可能性はある。実を言うと気候変動はたぶん避けられない。
気候変動が人間にもたらす試練もまた避けられない。急に暖かくなれば、暮らしやすくなる地域もあるだろうが、猛暑に見舞われる場所もある。急に寒くなれば、気が遠くなるほど厳しい冬が訪れ、重要な航海ルートが氷で閉ざされる。深刻な干ばつが起きればかつては肥沃だった土地でも作物が育たなくなる。これらの事態は非常に深刻な状況を招く。というのも、急変した気候がそのまま数百年あるいは数千年も続くことがあるからだ。実際に、急激な気候変動がおもな原因となって滅亡した古代の社会集団もあると現在では考えられている。以前は文明が滅びるのは社会的、経済的、政治的要因がおもな理由だと考えられていた。
急激な気候変動に対する懸念から、真剣な科学調査が10年以上も行われてきた。だが映画会社や経済学者、政治家が興味を持つようになったのはつい最近だ。注目が高まるとともに何が気候変動の引き金となるか、またその結果何が起きるかについてさまざまな説が提唱され、混乱が生じている。 人間が引き起こした地球温暖化はむしろ緩やかで、その影響は急激な気候変動と比べるとささいに思えてしまうだろう。だが新たな研究から地球温暖化はこれまで以上に懸念すべき問題であることが示された。温暖化によって突然の気候激変が早まる可能性があるからだ。ゆっくりとした温暖化が、氷河期の突然の襲来を招く恐れがある。
跳ね上がるような気候の変化
ほんの10数年前まで、地域が根本的にまったく違う状態になるほどの気候の急変は起きないと思われてきた。認識が変わったのは、1990年代はじめにグリーンランドの巨大な氷床から採取された氷コアの解析がきっかけだ。氷コアは長さ3km以上に及ぶ氷の棒で、その中には過去11万年の気候が非常にはっきりと記録されていた。さまざまな方法を駆使すれば、氷コアの年層(1年ごとの層、樹木の年輪に相当)を識別して、年代を決めることができる。それだけでなく、例えば氷自体の組成からその氷が形成された時期の温度がわかる。氷コアの研究から、長く厳しい寒さと束の間の暖かさの間を揺れ動く激しい気候変動の長い歴史が明らかになった。グリーンランド中央部では、わずか数年で6°Cも気温が下がったことがある。一方で前回の氷河期のピーク以来気温は20°C近く上がってきたが、その約半分の10°Cが上昇するのにたった10年しかかかっていない。これはモスクワがマドリード並みに、札幌が鹿児島のように暑くなるのと同じ気温の上がり具合だ。この飛び跳ねるような急激な気温上昇が起きたのは1万1500年前のことだ。
氷コアはグリーンランドの出来事だけでなく、他の地域の状況についても手がかりを与えてくれた。グリーンランドで見られた10°Cという気温の急上昇は北半球全域にわたる温暖化の一環であって、広い範囲で降水量が増加しただろうと推測されている。グリーンランド自体も氷の年層の厚さから降雪量が1年で2倍になったことがわかっている。
氷に閉じこめられていた古い気泡の分析から、他の地域で降水量が増加したという推測が裏付けられた。気泡中に含まれるメタンガスの濃度が増加していたのだ。メタンは沼地から発生するガスで、この時期は大気への放出速度が1.5倍にも高まっていたことがわかった。急激な温暖化によって、熱帯では洪水で湿地が広がり、北部では雪解けが進んだためだろう。
氷コアはさまざまな時代の環境に関する詳しい情報を得るのにも役立つ。例えばアジアから飛来した塵を含んだ氷層があり、当時の卓越風(その地域でもっとも強く吹く風)がどの方向から吹いていたのかがわかる。また、風に運ばれて氷の中に蓄積した海塩や遠くの火山灰の量が少ないことから、暖かい時期には風が穏やかだったに違いないと考えられている。手がかりは他にもいろいろある(R.B.アレーほか「グリーンランドの氷が語る気候の激変」日経サイエンス1998年5月号)。
グリーンランドの氷には突然の激しい温暖化現象が20回以上も記録されていた。典型的なパターンでは、温暖期が始まって数百年から数千年たつと気温は再びゆっくりと下がり始め、それから急激で短い寒冷化が起きて100年ほど続く。その後は再び気温上昇のパターンが始まるが、たった数年しか温暖化が続かないこともある。寒さが最も厳しい時期には氷山がはるか南のポルトガル沿岸まで押し寄せていた。最も近い寒冷期は小氷河期と呼ばれ、西暦1400年ごろから500年ほど続いた。小氷河期の影響はそれほど大きくなかったが、バイキングがグリーンランドを去ったのはこのためだろう。 北方でこのような急激な温暖化や寒冷化が起きているとき、地球上の別の地域では異なる変化が表れる。グリーンランドの気温が低く湿度が高いとき、欧州や北米では特に気温が低下し風が強くなる。同時に南大西洋や南極大陸の天候は異常に暖かくなる。高山の氷河の氷に含まれている手がかりや木の年輪の厚さ、湖底や海底の古代の泥に保存されていた花粉や貝殻の種類などをもとに、これらの地域の歴史を組み合わせる試みが行われた。
これらの証拠から、気温の変化と同じく降水量の急激な変動も大問題となったことが明らかになった。北方の気温が下がるとアフリカのサハラ地方やインドではたいてい干ばつになる。約5000年前に起きた突然の干ばつによって、サハラは湖が点在する緑の土地から現在の焼けつくような砂漠に変わった。メキシコの古代マヤ文明など中米の文明が滅亡したのは、約1100年前に200年ほど続いた乾期が原因であることは明白だ。現代でもエルニーニョ現象や北太平洋の異常現象によって天候のパターンが変化し、予想外の干ばつが起きることがある。その一例が1930年代に米国中西部の黄塵地帯を襲った砂塵嵐だ。
閾値──引き返せなくなる境界線
温暖化や寒冷化、長い干ばつといった過去の激しい気候変動の原因は基本的には同じだ。どの場合も気温やその他の物理的条件がゆっくりと変化していき、気づかぬうちに重要な気候変動要因が限界に達したのだ。閾値を超えた時点で急激な気候変動が起き、それまでとは違った新たな状態に至る。通常はその状態が長期間続く。気候変動要因が閾値を超えるのはカヌーがひっくり返るのと似ている。カヌーに乗って片側にゆっくりと体重をかければカヌーもそちらに傾く。多少の傾きならば元の位置に戻れるが、ある限界を超えると転覆してしまう。ぎりぎりまで傾いている状態からは、ほんの少し体重をよけいにかけただけで転覆という急激な変化をもたらす。 閾値を超えることによって、歴史的にも非常に極端な気候変動が引き起こされた。閾値に注目すれば、将来どの地域で気候の急変が特に懸念されるかがわかるだろう。例えばグリーンランドの氷コアに記録されているいくつもの氷期を説明するため、北大西洋の海流の変化との関連性が指摘されている。北大西洋の海流はこの地域の長期的な天候パターンを支配する重要な要因だ。
太陽で暖められた南大西洋の海水が赤道を越えて北に流れ込むと、北米東部と欧州の気温は現在のように暖かく
なる。塩分濃度が高い南からの海水は極北の冬の寒さで水温が下がって高密度となり、グリーンランドの東西で海底に向けて沈み込む。その後は海底に沿って南へ移動する。冷やされた海水が沈み込むことで、南からの暖かい海流が北まで流れてくる。こうして沈み込んだ水によって海洋大循環(海のベルトコンベヤー)が動き出す。そのため北の気温は上昇し、南では低下する。
氷コアに残る証拠から、北大西洋の塩分濃度が下がった後に急に寒冷期が始まったことがわかる。塩分濃度の低下は、雪解けで生じた湖の水が氷河の壁を越えて海へ流れ込んだためだろう。こうした淡水の急激な増加が危険な閾値を超えるきっかけになることがわかってきている。北大西洋が淡水化すると、大循環の速度が遅くなったり停止したりし、これが気候変動をもたらすとわかっているからだ。
南から流れてきた海水は陸地からの水で薄められて塩分濃度が低下し、密度が小さくなる。ある程度まで密度が下がると海底に向けて沈まずに、氷結して海氷になってしまう。それまでは北に降った雨や雪は深い海底に沈んで南に運び去られていた。沈み込みが止まって海洋大循環がストップすると海面に氷として淡水が蓄積するので、北大西洋の淡水化がさらに進行する。大循環が停止したままだと、付近の大陸の気候はシベリアのようになるだろう(右ページの図)。
身も凍る温暖化の恐怖
北大西洋最大の寒冷期が終わってから8000年が過ぎた。人類は気候という名のカヌーがひっくり返らないようにうまくバランスをとりながらやってきたのだろうか?専門家の多くは私たちがカヌーを揺らしていると考えている。人間が世界にもたらした変化はあまりに多様で、あまりに急速だからだ。特に心配なのは地球温暖化を促進する温室効果ガスの大気中の濃度が、人間の活動によって増加していることだ(J.ハンセン「地球温暖化の時限爆弾を止めろ」日経サイエンス2004年6月号参照)。国連が設立した「気候変動に関する政府間パネル(IPCC; Intergovern-mental Panel on Climate Change)」は地球の平均気温が今後100年間で1.5~4.5°C上昇すると予測している。またこの評価報告書と一致するコンピューターモデルの多くが北大西洋の大循環のスピードが低下することを予測している(意外に思えるかもしれないが、緩やかな温暖化によって気温が突然大きく下がることがある)。不確定要素が多く、海洋大循環のスピードが落ちても氷河期になるとは言い切れないが、かつての小氷河期を上回る大きな変化が起きるかもしれない。小氷河期にはロンドンのテムズ川が凍結しアルプスの氷河が急速に成長した。
だが北の寒冷化だけでなく、同時に地球の他の地域でも大きな変化が生じる。こちらの影響のほうがはるかに大きな問題となるだろう。一般にアフリカとアジアでは広くモンスーン(季節風)による雨の恩恵を受けている。だがさまざまな証拠から、北大西洋地域の気温が周囲より低いときは、モンスーン地域が非常に乾燥していたことが示された。海洋大循環のスピード低下による寒冷化だけでも水不足が起きるかもしれない。モンスーンがもたらす雨に育まれた農作物を日々の糧とする人は数十億に上る。小規模な干ばつでさえ広範囲にわたる飢饉を招くだろう。
将来、北大西洋の塩分濃度がさらに下がり温度も低下した場合は、極端な寒冷化や干ばつを免れた地域に暮らす人々でさえ生活が苦しくなるだろう。こうした広範囲への影響を懸念した米国防総省は、グローバル・ビジネス・ネットワークというシンクタンクに評価を依頼した。北大西洋の海洋大循環が完全に停止した場合、国家安全保障にどのような影響があるのかを調べたのだ。私を含む多くの科学者は海洋大循環が完全に止まるよりも、速度が多少遅くなる可能性が高いと考えている。どちらにせよかなり深刻な事態が
予想されるので、最悪の場合を考えておいたほうがよいだろう。 グローバル・ビジネス・ネットワークの報告書には次のように述べられている。「世界中の緊張感が高まるだろう。......守るべき資源のある国々は自国を事実上、要塞化すると考えられる。運悪く資源をもたない国々は......食糧、きれいな水、エネルギーを得るため苦闘することになる」。
洪水と干ばつ
北大西洋の大循環に変化がなくても、地球温暖化によって他の要素が閾値を超えることはありうる。中緯度地域の大陸内部に広がる穀倉地帯は、局地的な干ばつが長引くという危機に直面している。ほとんどの気候モデルは地球の平均気温が上昇するにつれてこれらの地域では夏の渇水が長引くと予測している。このとき北大西洋の状況は影響しない。同じ予測モデルでは温室効果ガスがもたらす温暖化によって、年間の降水量が全体的に増え、しかも、農地などを破壊するような雨の降り方が増えると予測している。田畑を潤す適度な雨が何度も降るといった理想的なパターンが崩れ、洪水をもたらすような豪雨と日照りが繰り返すようになるというのだ。これでは水不足は解消しない上に、洪水のような災害も問題となってくる。
夏の渇水が引き金となって、比較的軽かった干ばつが深刻化し、それが数十年以上も続くことがある。こうした変化が起きるのは、穀倉地帯の水循環が微妙なバランスの上に成り立っているためだ。降水量とその地域に生える植物の量には密接な関係がある。降水量を決めているのは、離れた別の地域から運ばれてくる水蒸気よりも、現地の植物が関与する水循環のほうがずっと大きい。一般に水は植物の根によって吸収され、それ以外は地面を通って川に入り海へ流れていく。植物に吸収された水のかなりの部分は葉から蒸散されて大気中に戻る。
しかし、夏に渇水が起きると、植物が弱るなどして大気中に戻る水分量が減る。こうなると、降水量も減り、それが原因で植物がさらに弱るという悪循環に陥る。植物が集団を維持できなくなり、地面を覆っていた面積が減り続けると、ついには致命的な閾値を超えてしまう。この時点で残っていた植物も枯れ、降水量が減り続けて、もはや後戻りはできなくなる。これは5000年前にサハラ地方を砂漠に変えたメカニズムとほぼ同じだろう。以来、サハラに緑が戻る気配は皆無だ。 いったんある閾値を超えると、地域の気候はたやすく後戻りできないほどに変動する。問題なのは、どのような要因がそうした閾値を抱えているのか、そして、具体的に閾値はどんな値なのかがまだよくわかっていない点だ。こうした知識不足は大きな不安材料といえる。人間の行動によって、気候のバランスが危険な方向に傾いている可能性が高いからだ。 カヌーの上で踊るようなまねを、私たちは実際にしている。森を耕作地にすれば、地面が反射する日光の量は増加する。地下から水を汲み出せば、河川から海に流れる水の量が変化する。大気中の微量ガスや煤塵の量が変われば、雲の性質や降水量などが変わる。大きな気候変動が起きても、その変化が長い時間をかけて緩やかに起きたり、あらかじめ予測できれば、悪影響を最小限に抑えられる。干ばつが来るとわかっていれば、井戸を掘ったり、それほど水を必要としない作物を育てたり、早めにさっさと手を引いてよそに移ったりできる。
だが変化を予期できない場合、被害は甚大になる。急な干ばつに襲われても1年目は小規模な農家が破産したり飢えたりするくらいで、社会で対応可能だ。しかし干ばつが長引くと損害が大きくなる。誰も備えをする時間がなかった場合はなおさらだ。残念なことに、いつ急激な気候変動が起きるか、またそれがどんな形をとるかを予測するのはほとんど不可能だ。
地球の未来を考える
突然の気候変動が非常に大きな影響をおよぼす危険性があるにもかかわらず、気候に関する研究や政策決定の大部分は緩やかな変化ばかりを対象にしている。その最たる例は、地球温暖化(気温の緩やかな上昇)を食い止める方法として、二酸化炭素放出量の地球規模での削減を訴えていることだ。削減などの対策は、不安定な気候を安定させるのに役立つだろう。だが、それだけでは、急激な変動を避けるにはおそらく不十分だ。これを避けるための手だてを具体的に考慮すべきだ。極端な話、私たちは何も起きないだろうとか、何か起きても対処できるだろうと甘く考えて、予測をまるっきり無視しかねない。タイタニック号が沈没したのは事実だが、他の多くの船はたいした備えもなしに同じ海域を無事に横断していたのだから──そんな風に考えて。逆にこれまでの行動を真剣に改めて気候に対する人間の影響を小さく抑えれば、破滅的な大変動が起きる可能性は低下するかもしれない。地球温暖化を抑制することで、人間は正しい方向への第一歩を踏み出すことになるだろう。人間活動に対する気候のもろさや閾値に関する研究が進めば、他にどのような行動が有効かもわかるはずだ。
第3の方法は米国学術研究会議(NRC)が示唆するように、大変動が突然起きる前に、急激な気候変動に対処する社会的な力を強化しておくことだ。この会議が発表した報告書は、過去の気候変動によって他の社会集団が滅亡したときにも何とか存続した社会集団が実際にあったことを指摘している。グリーンランドに入植したバイキングは小氷河期が始まると困窮し、生活を維持できなくなったため、入植地を放棄した。しかし、近くのチューレに住むイヌイットは生き残った。何が滅亡と存続を分けたのかを明らかにすることは、きっと役に立つだろう。
破局が訪れたときに問題を軽減できるような計画を立てておくには、たいして費用はかからない。例えば今のうちに地域で力を合わせて木を植えておけば、次に風の強い乾期が来たときの土壌維持に役立つだろう。また渇水時に誰がどの水源を利用するかを今から話しあっておく手もある。
現在は人間がカヌーを揺らしているために、いくつかの気候要因がレッドゾーンに近づいているようだ。それらの要因がいったん閾値を超えてしまえば急激な気候変動が訪れる。これらの変動が新たな氷河期や、想像力豊かな脚本家が映画で描いたような大災害をもたらすことはないだろう。だが人間や他の生き物を脅かすような問題が起きる可能性はある。急激な気候変動に襲われたとき、問題を克服して立ち直るための力を蓄えておくにはどうしたらいいか。あるいはそもそも気候という名のカヌーがひっくり返らないようにするにはどうしたらいいか。それらを考慮する価値は十分にある。
(翻訳協力:千葉啓恵)
著者 RichardB.Alley
ペンシルベニア州立大学の地球科学の教授で同大学地球システム研究センターにも所属する。ウィスコンシン大学マディソン校で地質学のPh.D.を取得後、氷河や氷床に残された過去の気候変動の記録や、氷河・氷床が流動したことによる海水準の変化、地面への浸食、堆積物の形成に関する研究に取り組んできた。南極で3回、グリーンランドで5回の現地調査に参加し、過去11万年におよぶ地球の気候の歴史を示す重要な氷コアをいくつも採取するのに協力した。グリーンランドで採取した全長3200mにおよぶ氷コアの分析結果を綴った一般向けの著書『氷に刻まれた地球11万年の記憶』(ソニー・マガジン社)で2001年にファイベータカッパ科学賞を受賞している。
原題名
Abrupt ClimateChange（SCIENTIFIC AMERICAN November 2004)
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