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地球温暖化の不確かさと「驚き」をどうとらえるか(2)

【まだ書きかえます。どこをいつ書きかえたかを必ずしも明示しません。】

[2015-11-29の記事]の中で予告した「別の記事」である。

地球温暖化に関連して、次のようなことばが出てくることがある。前の記事ではひとまず「驚き」で代表させたが、「驚き」という表現は日本語圏でわたし以外の人はあまり使っていないかもしれない。

  • surprise climate change、climate surprise、驚きの気候変化
  • abrupt climate change、rapid climate change、急激な気候変化
  • (climate) catastrophe、カタストロフィー、カタストロフ、破局
  • tipping point、ティッピングポイント、急変点
  • tipping elements、ティッピング要素

ここにあげた用語で表わされたものごとは相互に関連はあるが、必ずしも同じことではない。

共通点をあげれば、気候に関する何かが、わりあい短い時間のあいだに、大きく変化し、それが(そのときに人間社会があるとすれば)人間社会に大きな影響を与える、ということだ。

しかし、それは気候システム(大気・海洋・雪氷)の大きな変化である場合もあるし、気候システム自体の変化は大きくないがその生態系あるいは人間社会への影響が大きい場合もある。

また、注目している現象の、時間規模、空間規模、変化する数量の規模もさまざまだ。多くの場合、数量の大きな変化が起こる場合は、相対的に長い時間がかかるものであっても「急激」とみなすことがある。たとえば、世界平均の海面が30年で1m上がるのは急激な変化だが、1000年で1m上がっても急激とは言わない。しかし1000年で6m上がったら(30年あたりでは20cmにすぎなくても)急激と言えるだろう。30年で1mも、1000年で6mも、人間社会にとって重大なことだが、人間社会がそれをどうとらえてどう備えるかは大きく違う。

それをいっしょにして話すと、話がかみあわなくなる。このような用語が出てきた場合は、会話ならば1時間ぐらいかけて、相手がどのような現象を念頭に置いて議論しているのかを確認したうえで話を進めることが必要だ。文章ならば2千字くらいの分量が必要だ。時間や紙面が限られているときは、このような用語を使った議論はせず、もっと具体的に話題をしぼった議論をしたほうがよいと思う。

ここからは、わたしが知っている範囲で、このような用語を使った議論がどんな現象を念頭においてきたかを紹介したい。

驚きの気候変化、急激な気候変化
わたしは2003年ごろから地球温暖化に関する英語の解説や読みものをいろいろ読むようになったのだが、当時の新しい話題として、abrupt climate change、rapid climate change、climate surpriseなどの表現が多く見られた。だいたい同じ題材を扱っているようだった。

(1) 背景として、次のような認識がある。これから起こると予想されている地球温暖化は、世界平均気温が百年で3℃上がる、というような現象だ(ここでの「3℃」は、たとえば「1.5℃から4.5℃」を、便宜上ひとつの数値で代表させたものと考えてほしい)。比較対象として、2万年前の最終氷期(この表現については[2013-04-22の記事]参照)の状態から1万年前の後氷期の状態への変化があるが、これは、1万年間に、世界平均気温が概算で5℃、海水面が100m上がったという規模のものだ。時間あたりの温度上昇量で言えば、いま起ころうとしている温暖化は、氷期の終わりの温暖化よりも、急激なのだ。

(2) ところが、過去の気候の証拠を見ていくと、人間活動の影響が無視できると思われる時代にも、いま言った意味での急激な気候変化があったようなのだ。まず、最終氷期から後氷期に向かう温暖化の途中で、いったん氷期の水準の寒さにもどって(それは千年くらい続いたらしい)、それから急に温度が上がった、という事件があった。そのことは北西ヨーロッパでは湖の堆積物や泥炭などから知られていて、その時期はYounger Dryas (YD)と呼ばれていた。Dryasは植物の属名で、日本にあるチョウノスケソウという高山植物もその属に含まれる。ある地域でその花粉が特徴的に見られる時期が複数あってそのうち新しい時期なのでこう呼ばれたのだ。わたしは湊(1970)の本で「新ドリアス期」という日本語表現で知った。その本は湊(1954)の改訂版であり、確認していないのだが1954年の本にすでにそう書かれていたと思う。しかし、それは世界のうちで限られた地域での現象かもしれなかった。1990年ごろに、グリーンランド氷床の氷コアや、世界のあちこちの海底・湖底堆積物、陸上の風成堆積物(レス)、鍾乳石などの証拠が集まってきて、これは世界規模の気候変化だろうと言われるようになってきた。(ただし、変化の振幅が大きいのは北大西洋周辺である。)

また、グリーンランド氷床コアの氷の酸素や水素の同位体比から、最近約10万年くらい前までの気温の変化が推定できる。そのうちにはYounger Dryas事件も見られるが、10万年前から2万年前の氷期の間には、それとやや似た事件がたびたび起きていた。それは振動現象とも見られるので、氷床コアの同位体解析の中心となったデンマークのDansgaard (ダンスゴー)とスイスのOeschger (エシガー)の名まえをとってDansgaard-Oeschger oscillation (D-O振動)と呼ばれるようになった。推定された温度の時系列は正弦波よりも矩形波に近い形をしている(ただし一定の周期をもつ振動ではない)。つまり、振動の寒冷期と温暖期の間では急激な温度変化があったのだ。この現象は1970年代のDye 3という地点のコアの解析ですでに知られていたのだが、1993年からGRIPおよびGISP2という2つのプロジェクトの氷コア解析の論文が出て、広く知られるようになった。また、北大西洋の海底堆積物に、氷山が運んだと考えられる岩石片がときどき出現し、Heinrich events (ハインリッヒ事象)と呼ばれるようになった。ハインリッヒ事象はD-O振動の寒冷期のうちでも強いものと同期しているようだ。増田・阿部(1996)の第四紀の気候変動の解説では、当時の最近の話題としてD-O振動やハインリッヒ事象を紹介した。また、D-O振動はAlley (2000)、Cox (2005)、大河内(2008)の本で紹介されている。

YDの終わりやD-O振動の寒冷期の終わりの気候変化について、正確な数値は覚えていないが、数値の桁でいうと「10年間で10℃の温度上昇」のようなものが見られることが話題になった。ただしこの温度はグリーンランドのある地域のローカルな温度であって、おそらく世界平均気温も同じ符号で変化しているだろうが、大きめに見積もっても10年間で1℃程度だろう。気候に関する研究の報道を見るときはいつも対象となる空間的広がりに注意する必要がある。それにしても、いま起ころうとしている温暖化と同じ程度に急激な気候変化が、人間活動がなくても起こっていたことになる。いま起ころうとしている変化は、特別に急激ではないのではないか?

(3) ところが、人間活動起源の温暖化が、YDやD-O振動と似た急激な変化を誘発するのではないか、という心配が出てきた。そうすると温暖化が「100年に3℃」よりももっと急激に進む可能性も考えておく必要があるのではないか。

YDやD-O振動で大きな温度変化が起きたしくみの説明として、海洋、とくに北大西洋の深層循環が大きく変化したことが考えられる。今の北大西洋高緯度では塩分の濃い水が冷やされて深層まで沈みこんでいるのだが、たとえば大陸氷床の氷のとけ水が大量にはいると塩分が薄くなって沈めなくなり、深層循環が止まってしまうのではないか。

Manabe and Stouffer (1988)の大気海洋結合大循環モデルによる数値実験では、大気中二酸化炭素濃度などの条件が同じでも、北大西洋高緯度の海面水収支(降水や河川からの淡水供給と蒸発との差)をしばらくの間変えてやると、海洋深層に今のような南北鉛直循環がある状態と、それがほとんど止まった状態との、違った安定状態があることがわかった。

D-O振動はその安定状態の間の往復であり、移りかわりはかなり速く起こるのではないか? D-O振動やYDは北アメリカに大きな大陸氷床があったときの現象なので、いまそれとまったく同じことが起こるとは考えられない。しかし、温暖化に伴って高緯度の降水がふえるし、グリーンランド氷床の融解が進むと予想されるので、塩分が薄まる可能性はある。そこで深層循環の急激な変化が起こる可能性について、科学的問題として(NRC, 2002; Schellnhuber編, 2005)、また、国家安全保障にかかわる気候変動のシナリオの例として(Schwartz and Randall, 2003; Liotta and Shearer, 2007)、議論があった。

今の専門家の認識では、温暖化に伴って海洋深層循環が少しずつ弱まる可能性はあるものの、急に止まる可能性は低いとされているようだ。しかし「驚き」としての可能性は残っているとも言えるだろう。

【[2015-12-01補足] もし深層循環(のうち北大西洋高緯度での沈みこみによるもの)が止まるという事件が起きると世界の気候はどうなるだろうか。世界を平均した影響はあまり大きくないだろう。海が熱をたくわえる効果が弱まることになって、地上気温で見た温暖化の進行がいくらか速まるかもしれない。中高緯度の北大西洋とその周辺、とくにヨーロッパの気温に対してはこの事件は寒冷化に働くだろう。地球温暖化が問題になる前は、深層循環が止まる可能性は、ヨーロッパに寒い時代がくる可能性として恐怖とともに語られがちだった。しかし、基本的に温室効果強化による全世界の温暖化が起きているもとでは、合計としてのヨーロッパの気温変化は弱まることになりそうだ。反面、北大西洋から離れた世界の大部分にとっては、これは温暖化を強めるように働くだろう。しかし、それは広く分散した現象なので因果関係はわかりにくいだろう。また、おそらく、この事件の影響は数十年かかって見えてくるものであり、個人にとっては「急激な変化」というよりも「一生にわたる変化」になりそうだ。】

カタストロフィー、カタストロフ、破局
「急激な変化」が話題になったのと同じころから、それと部分的に重なるが別の問題として、「地球温暖化はカタストロフ (catastrophe)をもたらすか」という話題も聞かれるようになった。【Catastropheという語は、英語では語尾のeを発音するので、それに基づくカタカナ表記は「カタストロフィー」が妥当だろう。しかしフランス語に基づけば「カタストロフ」となる。わたしは、短いという理由で、後者を使うことが多い。】

カタストロフという語は、もとの意味は共通でも、次に述べるように、文脈によって大きく違う対象をさす。ところが、同じことばが使われているために、違う対象の話が混同されてしまうことがあるようだ。地球温暖化に関してこの用語を使うのは、文脈を充分詳しく説明したうえでない限り、避けたほうがよいと思う。

(1) まず、この用語は、世界全体の人間社会にとっての破局をさすことがある。人類絶滅を想定するのは大げさすぎるとしても、近代文明が立ち行かなくなることなどが想定される。地球温暖化がそのような破局をもたらす可能性は低いと思われるが、ないとは言えないかもしれない。このことは[2015-02-15の記事「地球温暖化対策の失敗は破局を招く?」]で論じてみた。

(2) ところが、1998年にドイツ語圏(スイス)に滞在した際に、Klimakatastrophe (英語に直訳すればclimate catastrophe)ということばをよく見かけたのだが、それはわりあい軽く、「気候災害」に近い意味で使われているように思われた。資料を参照できる形で持っておらず、記憶ちがいのおそれもあるが、わたしの記憶によれば、たとえばひとつの谷の氷河が崩壊してその下流で洪水が起こるような事態も Katastrophe とされていたと思う。確かに、その氷河にとっては破局であり、その下流の村にとっても破局的災害となりうる事件なのだが、世界規模の破局とは明らかに違う。

(3) また、カタストロフというのは、応用数学上の概念の名まえでもある。それはトム(René Thom)という人の著作でよく知られた。正しい理解であるか自信がないが、わたしは次のように理解している。微分方程式の形を変えないまま係数の値を徐々に変えると、ふつうは解も構造が変わらないまま値が徐々に変わるが、ときに、係数がある値(臨界値)をとるところを境に解の構造が根本的に変わる場合がある。そのような状況がカタストロフである。

【図解を、便宜上、文字をならべて表現する。文字幅が一定のフォントで見ていただきたい。また、下線文字「_」は空白「 」だと思って見ていただきたい。】

図1(a)(b)の「*」をつなげた線を、でこぼこのある地面の鉛直断面と思ってほしい。そこにボールがころがる状況を考える。(a)の場合は、Bが谷底で、そこにボールがあるのが安定定常状態だ。係数が変わると、(b)の状態に移る。ここではBは山、つまり不安定定常状態になってしまう。安定定常状態はAとCにある。

図1(a)
__*_______________*
___*_____________*
____*___________*
_____*_________*
______***_B_***
_________***

図1(b)
__*___________________*
___*_______B_________*
____*_____***_______*
_____*_A_*___*_____*
______***_____*_C_*
_______________***

図2は横軸に係数をとって解の構造を示す。「*」が安定定常解、「+」が不安定定常解である。横軸のc (臨界値)を境に、左側ではBが、右側ではAとCが安定定常解である。

図2
______________******A
____________**
__________**
B*********++++++++++B
__________**
____________**
______________******C


_--------c--------->係数

気候システムがこのような応用数学的な意味でのカタストロフの構造を含んでいることはありそうだ。(ただし実際の気候システムはとても複雑であり、カタストロフの構造が純粋な形で見えるわけではない。)

ティッピングポイント、急変点
【Tipping pointということばが英語圏で広く話題になったきっかけはGladwell (2000)の本だったと思う。わたしは2005年ごろ読んだのだが、この本の話題は社会の変化のことで、地球環境問題とは直接関係ない。社会を地球環境問題に取り組むように変えたいと思っている人にとってのヒントはあるかもしれないが、わざわざ紹介するほど重要ではないと思った。】

Tippingというのは、天秤のようなものが、一方に傾いた状態から他方に傾いた状態に移ることである。(雨量計に使われる「転倒ます」を英語ではtipping bucketという。) たとえば天秤の片側の重さを少しずつ変えていったとすると、天秤の動作は、両側の重さが大きく違っている間は、重さの変化に対して鈍感だが、両者の重さがほぼ同じである場合に限って敏感となる。気候システムも、少しずつ強制作用(たとえば二酸化炭素濃度)を変えていったとき、敏感なところがあって、そこ(これをtipping pointという)を通過すると状態が大きく変わってしまうのではないか、という考えが提示された。

例として、図1(b)を、カタストロフの話とは切り離して使ってみる。ボールがAの状態にあって、運動エネルギーを与えられるといくらか坂をのぼれるとする。Bが敏感な状態である。Bを越えれば、Aとは別のCという状態に向かうだろう。

北大西洋の深層循環が、もしManabe and Stouffer (1988)の実験のようなものだとすれば、南北鉛直循環が(現在の実際の海のように)ある状態と、止まった状態とが、AとCに対応し、海面水収支という強制によって、Bの山を乗り越えて一方から他方に移るようなことが起こるのかもしれない。

ティッピング要素
気候システムのtipping pointについていくつも論説を書いたLentonは、他の人との共著の2008年の論文では、tipping elementsという新しい用語を持ち出した。正しい理解であるか自信がないが、わたしは次のように理解している。気候システムは全体としてtippingを起こすわけではなく、その中にtippingを起こしうる部分が並列にいくつかあるのだ。Tipping elementsはその「部分」のことだ。

何が話題になるか
2007年ごろまでは、急激な気候変化の話でも、tippingの話でも、北大西洋深層循環が止まる可能性が話題になることが多かった、という印象がある。しかし、地球温暖化の予測型シミュレーションをやってみると、温暖化が進むと、深層循環は徐々に弱まるのだが、急激な変化は見られないことが多い。このelementがtippingを起こす可能性がないとされたわけではないのだが、話題になることは少なくなった。

最近話題になるのは、グリーンランド氷床または西南極氷床(南極氷床のうちの西半球側の比較的小さい部分)が急速に崩壊し、海面の急速な上昇をもたらすことだ。グリーンランドまたは西南極の一方の氷床が完全に消滅すると、海面が約6メートル上がる。崩壊とは、単純な融解ではなく、氷床の氷河としての流動が速まることや、構造が支えきれなくなって崩れることが想定されている。ただし、急速な変化(たとえば30年で1メートルもの海面上昇をもたらすこと)が重要だという議論と、速度はともかく大きな変化(たとえばグリーンランド氷床の消滅とそれによる6メートルの海面上昇を「予約」してしまうこと)が重要だという議論があって、両者は同じではないのだが、混同されやすいように思われる。わたしとしては、この記事の最初に書いたような注意を呼びかけたい。

文献

  • Richard B. Alley, 2000: The Two-Mile Time Machine --Ice cores, abrupt climate change, and our future. Princeton University Press. 日本語版: リチャード・B. アレイ著、山崎 淳 訳, 2004: 氷に刻まれた地球11万年の記憶 --温暖化は氷河期を招くソニー・マガジンズ[読書ノート]
  • John D. Cox, 2005: Climate Crash: Abrupt Climate Change and What It Means for Our Future. Washington DC: Joseph Henry Press (National Academy Pressの一部)。日本語版: ジョン D. コックス著、東郷 えりか 訳, 2006: 異常気象の正体河出書房新社[読書ノート]
  • Malcolm Gladwell, 2000: The Tipping Point -- How little things can make a big difference. New York: Little Brown.
  • Timothy M. Lenton, Hermann Held, Elmar Kriegler, Jim W. Hall, Wolfgang Lucht, Stefan Rahmstorf, and Hans Joachim Schellnhuber, 2008: Tipping elements in the Earth's climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A., 105: 1786-1793, http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0705414105
  • P.H. Liotta and Allan W. Shearer, 2007: Gaia's Revenge. Westport CT USA: Praeger. [読書ノート]
  • Syukuro Manabe and Ronald J. Stouffer, 1988: Two stable equilibria of a coupled ocean-atmosphere model, Journal of Climate, 1: 841-866. doi: 10.1175/1520-0442(1988)001<0841:TSEOAC>2.0.CO;2
  • 増田 耕一, 阿部 彩子, 1996: 第四紀の気候変動。気候変動論 (住 明正 ほか著, 岩波講座 地球惑星科学 11, 岩波書店), 103 - 156.
  • 正雄, 1954: 氷期の世界築地書館
  • 正雄, 1970: 氷河時代の世界築地書館
  • National Research Council, 2002: Abrupt Climate Change: Inevitable Surprises. Washington DC USA: National Academy Press. http://www.nap.edu/catalog/10136.html [読書ノート]
  • 大河内 直彦, 2008, 文庫版2015: チェンジング・ブルー -- 気候変動の謎に迫る (岩波現代文庫)。岩波書店[読書ノート]
  • Hans Joachim Schellnhuber 編, 2005: Avoiding Dangerous Climate Change. Cambridge University Press.
  • Peter Schwartz and Doug Randall, 2003: An abrupt climate change scenario and its implications for United States national security. Emeryville CA USA: Global Business Network, 22 pp. Liotta and Shearer (2007)の Appendix 1 (p. 163 - 184)として収録。