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地球温暖化CO2原因説への懐疑論について(2)

もし、過去の地球の気温はおもに太陽活動(太陽磁場)で決まってきた、というスベンスマルクたちの説が正しいならば、CO2排出削減は必要ないのか。

いや、それでもやっぱり、CO2削減をしたほうがよさそうだ、という話をしたいと思います。

ポイントを先に述べますと、現在の大気中のCO2濃度は歴史的に未経験の領域にある。だから、将来を予測する上で、頼るべきは古気候からの類推ではなく、物理法則である。物理法則は(少なくとも100年くらいの間は)温暖化の進行を示す、ということです。


■古気候が示すこと

過去65万年にわたり、大気中のCO2濃度は180〜300ppmの範囲を変動してきました。それに同期して、気温も7℃くらいの幅で上下しています。氷期と間氷期が10万年を1サイクルとして繰り返されてきました。

その変動の様子は、たとえば南極ドームふじ氷床コア分析や東工大の丸山茂徳教授のpdf 異説、気球温暖化 の図3や図9に見ることができます(過去の気温は、いくつかの仮定の下で同位体比率から復元できます)。

気温の変化がCO2濃度の変化に先行している、という解釈もできるようです。丸山教授は、コーラを温めると泡(CO2)が出てくる、と説明しておられます。

気温が上がると海水に溶けていたCO2が大気中に出てくるのでCO2濃度があがる。それが(温室効果により)さらに気温の上昇をもたらします(説明はたとえばこちらの「化学的バランス」の項)。同じメカニズムが、気温が下がる場合には、CO2濃度が下がり、それがさらに気温の低下をもたらす、という働き方をします(*1)。

スベンスマルクたちの仮説が正しいなら、宇宙線量の変化が雲の量(反射率)を変え、まず地球の気温が少し変わります。この小さな変化が、上記のコーラ・メカニズム(正のフィードバック)により増幅されて、先の図のような温度やCO2濃度の変化を生み出していることになります。


■現在の高いCO2濃度は歴史的に未経験

2005年現在、CO2濃度は379ppmに達して増え続けています。過去65万年間の範囲180〜300ppmを上回り、21世紀末には2倍の600ppmに達する勢いです。

確かに、過去においては気温の変化がCO2濃度の変化に先行していたかも知れない。しかし、現在は、CO2濃度が気温に先行して、異常に上がっている状態です。こんな事態は未経験です。

将来を予測する上で、頼れるものは、確かな物理法則しかありません。


■CO2濃度倍増の帰結

CO2の温室効果は、100ppmにつき約0.4℃です。WSは正しいと思っていますが、この値については、いろいろ懐疑論があるようです。付録で少しふれるつもりです。

21世紀末までにCO2濃度がさらに300ppm増えると仮定すると、0.4℃の3倍で、約1.2℃の気温上昇になります。

話はこれだけでは終わりません。海水面の温度が1.2℃上がると、水の蒸散がさかんになり、大気中の水蒸気(H2O)が増えます。H20も温室効果をもち、その効果はCO2の約2倍、つまり、2.4℃の気温上昇を引き起こします。

詳しくは、たとえば ココが知りたい温暖化「水蒸気の温室効果」 をご覧ください。

(丸山教授は上記のpdfの中で、CO2の温室効果(100ppmにつき0.4℃)は認めておられるのですが、水蒸気に触れておられません。海の比熱が大きいから蒸散は起きないと考えて、無視しておられるのだろうか。このあたりがIPCCの見解との違いなのかも知れません。)

結局、CO2と水蒸気の効果をあわせて、約3.6℃の気温上昇が引き起こされることになります。


■予防原則

3.6℃というと大したことではない、という感じがするかも知れませんが、気温が平均で3.6℃上がるというのは、かなり強烈なことです。

たとえば、1993年の夏、日本は冷夏でコメの実りが悪く、タイなどの海外から輸入しました(平成米騒動)。この年の北日本の夏(6〜8月)平均気温は、平年より2℃ほど低かっただけです。

よく知られているように、気温上昇にともなって、海面上昇や極端な気候、農業や生態系への影響があります。現時点では正確な評価ができないけど、ちょっとまずい正のフィードバック(暖まった浅海底からメタンの泡がブクブク...とか)で温暖化が加速するおそれもあります。

約3.6℃の気温上昇がおきる可能性が高いならば、予防原則で、やはりただちに対策をとるべき、という結論が妥当であると思われます。

(近年のCO2濃度の急上昇がおもに、化石燃料の燃焼でもたらされたことは、O2濃度の減少や大気CO2の炭素同位体比から、ほぼ確定的です。対策の中心は、CO2排出削減ということになります。)


■抜けていた話

ここでスベンスマルクに戻ります。

上の話では、雲の量(地球の太陽光反射率)は一定と仮定して、大気の温室効果だけ考えていました。

でも、もし何らかの外的理由で雲が増えるなら、反射率が上がり、地球を冷やします。その冷却効果が温室効果を打ち消す、あるいは場合によっては、温室効果にうち勝って、気温が下がるかも知れません。そのような可能性があるのでしょうか。

上記のpdfで丸山教授はまさにそのような可能性を指摘しておられます。堆積物の分析からわかる過去数十万年の気温変化を見ると、明日にでも寒冷化が始まり、50年で7℃下がってもおかしくないそうです。

ということは、CO2などによる温室効果がたとえば4℃なら、それを引いて、気温が3℃下がることになるのだろうか。あるいは、地球はそんな中途半端な状態は許容せずに、やっぱり7℃下がるのだろうか。

ただ、寒冷化が明日始まるのか、もう少しあとなのか、あるいは100年以内に起きるのかどうか、を10年くらいの精度で求めるには、琵琶湖の堆積物などを用いた、あと数年のさらなる研究が必要だそうです。ご研究の進展を期待したいと思います。


■地磁気と気温変動の関係

寒冷化の開始はいつなのでしょうか。これから先は半分、WSの妄想です。

まず、地球磁場にも氷期-間氷期のサイクルと同じ約10万年の周期で変動する成分が含まれていることに注目します(こちらの文献「赤道インド洋……」も)。

地球磁場は現在、弱まり続けています。このペースで減少を続けると、あと1000年を待たずして、消失する計算になります(ソース:地磁気を研究することの重要性の2ページ目の右図)。

太陽磁場と同様、地球磁場も、飛来する銀河宇宙線を妨げるバリアの役割をしています。その地球磁場が弱まると、宇宙線がたくさん降りそそぎ、雲がたくさんできます。すると、反射率が上がる。つまり、地球は寒冷化するはずです。

地球磁場が半減するまで約500年、その頃から寒冷化が始まると仮定しても、暴論ではないでしょう(かなり、強引^^;)。

つまり、丸山教授のおっしゃる地球の寒冷化はおそらく500年先の問題。
一方、CO2による地球温暖化はここ100年の問題です。

ということは、現時点では寒冷化より温暖化への対策を急ぐべき、とWSは妄想します。(本文、おしまい)


■付録

IPCCの見解に対する懐疑はたくさん表明されていて、反論もなされています(たとえば「地球温暖化問題懐疑論へのコメント」)。

この付録では、CO2の温室効果が100ppmにつき約0.4℃、という見積もりに対する有名な懐疑論のひとつ(上記文献の議論15、下記)について、WSなりに直観的な説明による反論を述べてみたいと思います。


議論15. 二酸化炭素は地球放射の赤外線をこれ以上吸収しない。したがってさらなる温室効果を持たない


<WSの反論>
地表(*2)の熱は、宇宙に向かって開いた赤外線の窓から逃げます。窓が99%閉じられ、1%しか隙間がないとしましょう。その隙間をさらに0.5%閉じて半分にすることは、実は気温に大きな影響を及ぼします。それを比喩で説明します。

底に穴のあいたバケツに、水道の蛇口から一定のスピードで水を注ぎ続けます。穴が大きければ水はほとんど貯まりません。穴から漏れてしまうからです。

穴が小さければ、ある程度たまります。水面はある高さ(たとえば底から10cm)に保たれます。

穴の大きさを半分にすれば、さらにたくさんの水がたまります。水面はさきほどより高く(たとえば底から20cmに)保たれます。

穴の大きさが小さいほど、水面は高くなります。バケツがじゅうぶんに深ければ、水面は非常に高くなりえます。

もちろん、ここでバケツの穴は赤外線の窓に、水面の高さは地球の気温に対応しています。CO2濃度が増えると、すでに十分に狭い窓の隙間が、さらに狭くなる。でも、そのわずかな違いが、気温の大きな上昇をもたらします。これがまさにおとなりの惑星、金星で起きていることです。(おしまい)

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*1) 省略しましたが、水蒸気(H2O)の温室効果の方がより重要です。
*2) より正確には、対流圏上部。

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(2008.7.4付記)関連報道:屋久杉を使って1100年前の太陽活動の復元に成功
(2008.7.8付記)ブログ記事:増田耕一氏の読書ノート [本] 『地球温暖化』論に騙されるな!(丸山 茂徳, 2008, 講談社)
(2008.10.30付記)ブログ記事:丸山茂徳氏の地球寒冷化論への反論(関良基氏のブログ『代替案』、2008年10月16日)
 ---地球上の植物に関しては、現在までのところ地球温暖化正のフィードバック効果を加速させる要因にしかなっておらず、負のフィードバック効果が発生する兆候すら見えないのです。珊瑚も同様です。---

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コメント

大気の窓領域の波長での宇宙に向けた赤外放射は炭酸ガスを倍増させても、半減しません。
炭酸ガスが吸収できるのは15μmの波長の赤外線です。また、水蒸気も吸収できる波長が決まっています。
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dd/Atmospheric_Transmission_JA.png  大気通過後の放射スペクトル分布 
http://www.sundogpublishing.com/fig7-6.pdf  各温室効果ガスの吸収スペクトル

大気の窓領域の波長の赤外線を温室効果ガスである水蒸気も炭酸ガスも吸収できません。従って、炭酸ガス濃度が倍増しても、大気の窓領域の地球放射が半減して温度が上昇することはありません。

また、炭酸ガスの吸収波長、水蒸気の吸収波長ともに、地表からの地球放射に対する大気放射の割合が100%で、温室効果をフルに発揮済みですから、炭酸ガスと水蒸気が現在以上に増えても、現在以上に温室効果が高まって温度が上昇することはありません。
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kisho/kisho34.html
図34.6大気放射スペクトルの例 近藤純正先生のHP

地球温暖化懐疑論へのコメントの議論15の飽和論に対する反論も誤りです。
反論1:炭酸ガス濃度が高まると、15μmの吸収波長の隣接部分の波長の吸収が多くなるため、温室効果は増大する。
反論1は誤り:それは空気中に水蒸気が全くない架空の世界の話である。炭酸ガスの吸収波長の15μmに隣接して、両側に水蒸気の吸収波長域があり、水蒸気は炭酸ガスよりも桁違いに多いため、隣接部分の波長の地球放射は水蒸気に吸収されている。従って、炭酸ガス濃度が高まっても、温室効果は増大しない。

反論2:地球放射は一度炭酸ガスに吸収された後、上向き放射と下向き放射に別れ、上向き分の放射は炭酸ガスによる吸収と放射を繰り返しながら、大気上端に達して宇宙空間に出て行く。炭酸ガス濃度が高まると、吸収と放射の回数が多くなるため、温室効果は高まる。
反論2は誤り: 15μmの地表からの地球放射と下向きの大気放射は観測では同じ値となっていて、温室効果は100%発揮済みである。
ということは、地球放射を吸収した炭酸ガスから出た上向き放射は全て、炭酸ガスによる吸収と放射の繰り返しの結果、全て下向き放射として地表に向かっていることになる。地表からの地球放射と下向き大気放射の差はゼロであるから、地球放射の半分が次々に上の層に吸収と放射の繰り返しにより伝達されて行くという放射伝達による排熱のルートはもともと存在しない。人工衛星からの観測でも15μmの地表からの地球放射はとらえられていない。
http://www.warwickhughes.com/papers/barrett_ee05.pdf

反論3:高空からの放射が大事で、高空は飽和していないから、炭酸ガス濃度が高まると温室効果が高まる。
反論3は誤り:1mの空気柱で比較すると、低圧低温の成層圏の条件では地表よりも15μmでの炭酸ガスによる吸収のピークが低く、幅も狭いが、実際の成層圏の空気柱は相当な厚みがある。100m、1000mの空気柱では成層圏でも炭酸ガスによる15μmの赤外線の吸収は飽和していて、炭酸ガス濃度が高くなっても、さらに赤外線の吸収が増える余地はない。
http://www.sundogpublishing.com/fig9-13.pdf 1mでの吸収率(Petty)
http://www.geocities.jp/obkdshiroshige/ondanka/kyusyu.jpg 11kmでも吸収は飽和

これまで水蒸気には正のフィードバック効果があり、炭酸ガス濃度が倍増して温度が1.2度高まると、水蒸気の量が増えて温室効果が高まり、トータルで1.5~4.5度温度が上昇すると考えられてきましたが、NASAの人工衛星アクアの観測責任者のロイ・スペンサー教授による衛星観測では、水蒸気に強い負のフィードバック効果があることがわかりました。
http://blogs.yahoo.co.jp/nishiokablog/14779529.html
水蒸気が増えると雲が多くなって、日射を妨げるために温度が下がるということなのでしょう。また、水蒸気の吸収波長では地球放射と大気放射は同じ値であり、水蒸気による地球放射の吸収は飽和していて、温室効果は既にフルに発揮済みですから、もともと正のフィードバックはありえないことです。
従って、炭酸ガス濃度倍増時の温度上昇は3.6度ではなくて1.2度未満です。1.2度も炭酸ガスによる地球放射の吸収の飽和を無視した数値で、さまざまな手法で出した炭酸ガス濃度倍増時の温度上昇は0.4度ですから、実際には0.4度未満ということになり、炭酸ガス濃度は地球温暖化に対してほとんど影響を与えません。

金星が高温なのは炭酸ガスによる温室効果ではなくて、気圧が90気圧もあり、断熱圧縮の効果で高温になっています。
地球でも上空5500mの放射平衡温度の-18度と地表温度15度の温度差33度は温室効果によるものではありません。高さが100m上昇するごとに0.6ずつ気温が下がるのは気圧が下がるためで、断熱膨張により気温が下がります。

投稿: クロップサイエンス | 2011.03.31 00:49

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