地球温暖化の原因は何か？ ( その他自然科学 ) - さつきのブログ「科学と認識」

　最近100年間の地球温暖化傾向について、一般には、産業革命以降の化石燃料（石炭・石油）の消費により温室効果ガスである二酸化炭素の大気中の濃度が上昇して引きおこされたとの説、すなわち「人為説」が信じられている。実際、世界中の多数の専門家が、この説を補強するような観測データ、実験データ、シミュレーション結果を報告し、国連のＩＰＣＣも、この理論に沿って国際間での二酸化炭素削減目標を定めている。一方で、この説に対する批判も一部の科学者によって試みられている。それらの「異端の説」は、日本では、たとえば次のウェブサイトで紹介・主張されている。
http://env01.cool.ne.jp/index02.htm
http://tanakanews.com/070220warming.htm

　中には、地球は温暖化していないとの説もあるが、北極の氷の劇的な後退・消滅などが明らかになった現在、検討に値しないだろう。ここでは、地球の温暖化を認めた上で、その原因は人為的なものではないとする、一種の「異端の説」を採り上げる。

　さて、この「異端の説」を検討してみると、その論点のほとんどは、詰めの甘い言いがかりに過ぎないものに思える。他の研究者の観測データの中から自説に都合の良い部分を取り出し、物理理論で補強しただけとの印象は否めない。また、データの読み違えも認められる。それらの「異端の」科学者達は、必ずしもこの方面の専門家とは言えない分野に属しており、ある意味仕方ないと言えなくもないが、これでは、この問題にかかわって長年研究を積み重ねてきた当の専門家達からは無視され続けるばかりだろう。「人為説」をとなえる専門家からの反論は、たとえば以下のファイルにあり、これを読むと一応の納得は得られると感じた。
http://www.cir.tohoku.ac.jp/~asuka/

　ただし、自説が正しいことの根拠の一つに、専門家の大多数が支持していることを挙げるのはいただけない。科学理論の正否は多数決で決められることではない。また、この「異端の説」が十分な観測事実に裏打ちされていないことをもって、直ちにその説が誤りとまでは言えないのも確かだ。証明が不十分であることは、誤りであることの根拠にはならないのである。逆にまた、このような複雑系を扱う場合には、そこで用いられている物理理論が正しければ結論も正しいと、単純には言えないことも押さえておく必要がある。物理理論というものは、複雑な自然現象のほんの一部を理想化ないし単純化、もしくは抽象化したものであり、そこで捨象された部分にもっと本質的な仕組みが潜んでいる可能性を否定できないからである。だからこそ、膨大な観測データによる裏付けを求めて、多数の専門家達が日々格闘しているのである。では、この「異端の説」の正否に決着をつける決め手は何なのか、というのが今回の趣旨。

とは言え、実は、この「異端の説」は、温暖化を説明する明快な科学理論として完成されている訳ではない。単に、現在の「人為説」の個々の要素に疑義を提出するという側面の方がむしろ大きい。しかし、注意深く読めば、この疑義の中から次のようなストーリーが浮かび上がってくる。

　「異端の説」の基本的なコンセプトは、二酸化炭素が増えたから温暖化したのではなく、温暖化したから二酸化炭素が増えたのだと主張する点にある。いくつかの着眼点があるが、その一つに、氷期、間氷期を繰り返した第四期の気候変動が、化石燃料の大規模な燃焼なしに、また、火山活動の盛衰とは無関係に起きていたことが挙げられる。南極氷床のボーリングコアの解析から、過去数十万年間の気温の変化と連動して大気二酸化炭素の濃度も変化したことが明らかにされた（例えば、渡辺ほか、2002、地学雑誌, 111, 856-867）。人類文明紀以前において、気温の変化や火山活動と無関係に二酸化炭素濃度に変化をもたらす機構がみあたらないので、気温の変化が先におこったのは確かであろう。気温に連動して海水温も上昇すると、海水からの脱ガスがおこり、大気二酸化炭素の濃度は上昇すると考えられる。海水の総質量は大気の質量の270倍である。また、海水中の二酸化炭素の総量は、一説には大気の50倍とされているので、脱ガスによってその0.1％が大気中に放出されると、大気二酸化炭素の濃度は相対的に5％増加する。海水からの寄与は絶大である。

　そこで、最近100年間の大気二酸化炭素の増加も、温暖化によって海水から二酸化炭素が放出されておこったのであり、化石燃料の燃焼とは無関係であるとの仮説が生まれた。つまり、化石燃料の燃焼によって生み出される二酸化炭素の量は、大気と海洋、および生物圏の間で日々繰り返される循環のシステムにおいては微々たるものだと主張する。これに対しては、大気二酸化炭素濃度の上昇と連動して大気中の炭素14濃度が減少しているという観測事実から反論がなされている。半減期が5,730年の炭素14は、数千万年以前に炭素を固定した化石燃料中にはほとんど残存していない。したがって、化石燃料由来の二酸化炭素が増えれば、相対的に炭素14が減る。「人為説」による理論的な予測は観測事実と良く合っているという論理だ。

　一方、大気中の炭素14の濃度は太陽活動と密接に関係しており、これによって、最近100年間の炭素14濃度の減少傾向が説明できるとの主張もある。炭素14は宇宙線由来の熱中性子が窒素の原子核に作用して生成される。地球大気に降り注ぐ宇宙線の量が一定であれば、生成と崩壊がバランスして、炭素14濃度は大気中で安定に保たれる。このことを利用して、考古試料などの炭素14年代の測定がなされている。ところが、近年の詳しい研究によって、過去の大気中の炭素14濃度は太陽活動の盛衰と連動してかなり変化していたことがわかってきた。そのため、年代測定に際しての補正係数も提案されるようになった。太陽活動が活発になると磁気嵐が頻繁におこるようになり、宇宙線がトラップされるので、炭素14濃度は減少する。また、宇宙線の量は雲量にも影響をあたえる。結果的に、太陽活動の活発化によって気温は上昇し、炭素14濃度は減少することになる。こうしたことが、過去、地球上で実際におこったこと、また、最近100年の間に太陽は一貫して活発化していることなどが、独立した複数の研究機関の観測・測定によって明らかにされている。これらのことは、たとえば以下のサイトに解説がある。
http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/mat009j/idx009j.html
http://sunbase.nict.go.jp/solar/sun-earth-human/index.html
http://stesun5.stelab.nagoya-u.ac.jp/index-j.html
http://ksprite.kj.yamagata-u.ac.jp/mron/endo-mron.pdf

　以上のようなことから、太陽活動の活発化がおおもとになって、炭素１４濃度が減少し、気温は上昇し、海水温も上昇し、海洋からの脱ガスがおこって大気二酸化炭素の濃度が上昇し、温室効果の正のフィードバックによって、ますます温暖化するというような、人類活動とは無関係な一連の現象がおこっている可能性がある。また、水蒸気も温室効果ガスの一種であり、大気中の濃度は二酸化炭素の何百倍もあることを考えると、水蒸気の正のフィードバック効果も無視できない。これは立派な一つの仮説であろう。

　ところで、カール・ポパーによると、ある仮説が科学的なものと言えるためには、反証可能性が保証されていなければならない。以上に書いた仮説の反証可能性はどこにあるだろうか。上記の仮説に含まれる個々の命題の多くは観測事実に基づいているが、ひとつだけ観測事実に基づかない仮定が含まれている。それは、現在の二酸化炭素濃度の上昇は海洋からの脱ガスによるものとの推論である。とりあえず、これが否定されれば、この仮説の一角は崩れるということになるだろう。その真偽は、海洋中の二酸化炭素濃度が脱ガスによって確かに減少しているのかどうかを調べればわかる筈だ。現在の海洋中の二酸化炭素の濃度分布については、最近の研究によってかなり詳しくわかってきた（例えば下記のデータ集）。
http://www.jamstec.go.jp/beagle2003/jp/index.html

　このような観測は、本格的には最近始められたばかりで、全海洋の長期間にわたる変動についてはまだ結論は得られていないようだ。ただ、北海道東方沖の太平洋上の一点についての定点観測結果を示した下記のサイトをみると、ここでは、海洋表層水の二酸化炭素濃度は上昇している。
http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol04_05/12.html

　少なくともこの場所では、大気二酸化炭素濃度の上昇によって、これと平衡にある海洋表層水が二酸化炭素を吸収していることになる。このことは、海洋水の温暖化による再平衡（脱ガス）に先んじて、大気二酸化炭素濃度の上昇による再平衡（吸収）が進行していることを意味する。つまり、「異端の説」の予想に反して、大気中の二酸化炭素濃度の上昇が温暖化に先行しておこっているのだ。二酸化炭素濃度の上昇が温暖化の原因であるとする「人為説」を支持する結果の一つと言える。わずか１点だけにせよ、「異端の説」にとって不都合な事実であることには違いない。この現象が、凡世界的なものなのかどうかについて、観測態勢を整える必要があるだろう。

　なお、ポパーの反証科学哲学については、そのうち批判の記事を書く予定であるが、ここでの結論とは無関係である。