本当に関係あるの?地球温暖化と二酸化炭素の関係について

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最近,とても寒い日って減ったよね? もしかして地球温暖化の影響?

近年,季節に関わらず「子供の頃より暖かくなったな」と感じることは多くないだろうか?そして,環境活動家のグレタさんが二酸化炭素の削減を訴えているのを知って「二酸化炭素と地球温暖化は関係あるのかな?」と思ったりしないだろうか?

ここ最近,夏になると世界中で熱波など異常気象が報告され日本でも最高気温の更新が続いている.一般にそれを「地球温暖化」と呼んでおり,その原因はCO2,つまり二酸化炭素が原因とされている.

しかし二酸化炭素と地球温暖化は本当に関係あるのだろうか?と疑問に思ったので,その関係について調べてみた.

次の疑問を持つ人はぜひ読んでほしい.

・地球温暖化のメカニズムを知りたい
・地球温暖化と二酸化炭素の本当の関係を知りたい

地球温暖化の真実とは?

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上昇し続ける二酸化炭素濃度と平均気温

本当に地球の気温と二酸化炭素濃度は増加しているのだろうか?

まず現実を知るために地球の平均気温と二酸化炭素濃度についてnasaのHPで確認した.

その結果,そのどちらも増加していることがわかった.

GlobalTemp

平均気温 [℃]

CO2

*ppm=parts per million, 1ppm = 0.0001%

二酸化炭素濃度 [ppm]

出典: nasa web page

この二つのデータは横軸のスケールが異なっているので,気温と二酸化炭素の関係を西暦で整理してみた.

Temp-vs-CO2

気温と二酸化炭素濃度の関係

こうやって整理すると気温と二酸化炭素の関係がよく見えてくる.気温と二酸化炭素の関係について懐疑的な意見もあるが,このグラフからはそれらに相関があることがわかる.

しかし,ここで示しているのはあくまでも相関であって因果関係ではない

二酸化炭素は地球温暖化の原因となりうるだろうか?そのメカニズムについても調べてみた.

地球温暖化のメカニズム

二酸化炭素は地球温暖化の原因だろうか?その答えを探すために地球温暖化のメカニズムに触れてみよう.

「二酸化炭素が地球温暖化の原因だ!」という人は多いけど「なんで?」と聞かれて「えっと..」と答えにつまるのはカッコわるいからメカニズムまでちゃんと知っておきたい.

「お父さん何でも知ってるんだね!かっこいい!」と家族からも一目置かれる存在になれる.

地球温暖化は地球のエネルギー収支バランスの変化によるもの

空気に適当な温度があって僕たちは生活できている.そしてその温度,つまり熱は太陽からきている.

もし太陽がなかったら?

地球には太陽以外の強力な熱源がないので,地球はマイナス200°C近い気温になる.それ以外の熱源は地球の地熱だから「地球の温度は絶対零度に近づく」と言ってもいいかもしれない.

energy-barance

出典: JCCCA

この図は左半分が200年前の地球,右半分が現在の地球を表している.どちらも同じように太陽からの光,つまり熱エネルギーが地球に入ってきて,それを地球は宇宙空間へ反射している.

この図で伝えたいことは「200年前よりも現在の方が太陽からの熱エネルギーを反射し辛くなっている」ということ.つまり,地球に入ってくる太陽からの熱エネルギーと地球から宇宙空間へ出て行く熱エネルギーのバランスが,現在の方が宇宙空間へ出て行く熱エネルギーの量が見かけ減ってしまっている.

そのため,本来であれば宇宙空間へ出て行くはずの熱エネルギーが気温を上昇させていると言える.

気温の正体は赤外線

では,なぜその熱エネルギーは宇宙空間へ出て行きづらいのだろう?

その原因を探る前に,気温の正体を明らかにしておこう.

まず,赤外線と聞いて何を思い浮かべるだろうか?赤外線ストーブだったりコタツだったりそういった暖かいものを連想すると思う.

気温も同様に太陽からの光に含まれる赤外線のおかげである程度快適に維持されている.太陽からやってきた赤外線は地上で反射した後,空気中の二酸化炭素に吸収されたり放出されたりを繰り返しながら宇宙空間へ戻っていく.

ここで空気中の二酸化炭素量が増えてしまうと赤外線がそれに吸収・放出される頻度が増え,宇宙空間へなかなか戻れない.

つまり,地球の内部に滞在している赤外線量が増えることで気温が上昇する.

空気中で二酸化炭素だけが赤外線を吸収する

二酸化炭素が増えると,気温の正体である赤外線が増え気温が上昇することは理解いただけたと思う.では,なぜ空気中の成分で二酸化炭素だけが赤外線を吸収・放出を繰り返すのだろうか?

その疑問を解決するため,まず空気の成分から見てみよう.

空気には窒素が一番多く二酸化炭素は4番目に多い.

成分 化学式 体積比[%]
窒素 N2 78.084
酸素 O2 20.948
アルゴン Ar 0.934
二酸化炭素 CO2 0.032

出典: kikakurui.com

化学式を見ると二酸化炭素だけ多原子分子(炭素と酸素で構成されている)で,それ以外は単原子分子なのがわかる.

つまり,二酸化炭素が赤外線を吸収するのはその構造が多原子分子であるところに関係がありそうだ.

二酸化炭素に赤外線が吸収されるメカニズム

通常,気体分子は下図で示すような並進,回転,振動の3つの運動を行なっている.

二酸化炭素も同じようにこの3つの運動を同時に行なっている.

気体分子の運動

一方,赤外線を含む電磁波は下図で示すような形で存在している.

電磁波

分子それぞれの運動は振動数に応じた動きをしており,また,電磁波もさまざまな振動数を含んでいる.その分子の振動数と電磁波の振動数が等しくなったとき共鳴吸収が起こり,分子のエネルギーは高くなって運動がより激しくなる.その後しばらくすると,分子はその高くなった分のエネルギーを再び電磁波の形で放出する.

ここで重要なのは,分子の振動運動が赤外線をよく吸収するということ.

二酸化炭素の場合を例にとってみよう.

二酸化炭素の振動モードは4種類あり,そのうち下図のような「逆対称伸縮振動」と呼ばれるモードのとき二酸化炭素が赤外線を吸収する.

逆対称伸縮振動

このとき酸素分子が左右を行き来し電気双極性モーメントが変化する.そこへこの振動運動と同じ振動数を持つ電磁波が近づくと,共鳴吸収が起こり分子振動が激しくなる.その後しばらくすると吸収された電磁波は放出され分子振動はもとの大きさに戻る.

赤外線はこれを繰り返しながら地上から宇宙へと戻っていく.

二酸化炭素に赤外線が吸収されることが地球温暖化の原因か

二酸化炭素に赤外線が吸収されるメカニズムから,二酸化炭素の増加が赤外線が宇宙へ戻りづらくさせている要因と考えることができる.つまり,二酸化炭素の増加と地球温暖化は密接な関係がありそうに見える.

しかし,そもそも太陽からの赤外線の量やその他の温室効果ガスの影響を無視して「二酸化炭素,お前が悪い!」と決めつけてしまうのはちょっと違う.

二酸化炭素の増加は地球温暖化の一つの要因かもしれないが,そのほかの影響についてもより深い調査が必要であろう.

実際に二酸化炭素の増加と地球温暖化の関係の程度を示す明確な発表はあまりない.

上記で紹介したように,二酸化炭素の赤外線吸収のメカニズムは科学的に証明されている.しかし,それはあくまでもその二つの相関を示すもので地球温暖化との因果関係を証明するものではない.

なぜなら,地球温暖化の予測は以下の理由でとても困難だから.

・測定の不正確さ(測定装置,条件など)
・数値計算の困難さ(非線形,大規模シミュレーションなど)

数値計算は過去の測定結果と力学的,化学的なモデルを用いて実行される.しかし,そのベースとなる測定データの不正確さ(ばらつきの多さ)や非線形モデルを扱う数値計算の困難さから,将来の気候変動を正確に予測するこは困難と言われている.

つまり,二酸化炭素が地球温暖化の原因という検証は未だできずにいる.

さらに,水蒸気は二酸化炭素の倍以上の温室効果を持っている.

水蒸気は温室効果ガスとしてたしかに最大の寄与を持ちますが、二酸化炭素(CO2)も重要な役割を果たしています。現在の大気の温室効果は約5割が水蒸気、2割がCO2によるものです。このため大気中のCO2濃度が増加することによって、温暖化が進行すると考えられます。実際にはこの気温上昇に伴い、自然のしくみによって大気中の水蒸気が増えることにより、さらに温暖化が進むことが予想されます.

出典:地球環境研究センター

例えば,太陽からの熱エネルギーが増えそれによって温められた海面からの水蒸気量が増えれば地球温暖化は相乗効果で加速するだろう.つまり,二酸化炭素だけに注目するのではなく,太陽からの熱エネルギーや水蒸気など他の温室効果ガスの影響を考慮する必要がある

地球温暖化の政治的,商業的利用

二酸化炭素を地球温暖化の主要因にしてしまったほうが都合の良い人は多いかもしれない.なぜなら,それによって利益を得ることができるから.

例えば,炭素税の導入など.

これ以上は語らないけど,二酸化炭素が地球温暖化の主要因でなければいけない(もしくはそういう前提でなければいけない)という人は多い.個人の力ではどうしようもない部分の多い二酸化炭素の問題.それをそれぞれ個人に負担させようとするのはいささかどうかなと思う.

なので「地球温暖化は二酸化炭素が原因だ」と盲目的になる前に,あなたなりの考えや意見を持ってほしいと思う.

地球温暖化をもっとよく知るためのオススメの書籍

ここからは僕が参考にした書籍を紹介.

環境科学の基礎|岡本博司

今回もっとも参考にした1冊.二酸化炭素による赤外線吸収のメカニズムや,他の温室効果ガスについても平易にまとめられていている.

「地球温暖化とは?」という漠然とした疑問を解決するのに役立つ1冊.

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気候科学者の告白 地球温暖化説は未検証の仮説|中村元隆

二酸化炭素による地球温暖化はまだぜんぜん解明されていないことを,著者自身の経験をもとに説明している1冊.

著者は20年以上も気候変動に関する研究を行う.その過程で著者の感じた二酸化炭素による地球温暖化説の真実を1冊にまとめている.

こちらの本はAmazon kindle unlimitedで無料で読むことができる.

FACTFULNESS |ハンス・ロスリング

ベストセラーとなり,今なお売れ続けている1冊.

地球温暖化だけでなく,世界中の人々の思い込みを一撃で打ち砕く.2019年の発売依頼ずっとベストセラー.

今ならAmazon Audibleで無料で聴けちゃいます.

FACTFULNESS(ファクトフルネス) 10の思い込みを乗り越え、データを基に世界を正しく見る習慣

まとめ|地球温暖化と二酸化炭素の関係

地球温暖化と二酸化炭素の関係について紹介した.

ポイントは

・気温は太陽からの赤外線
・赤外線は宇宙からやってきて宇宙へ返る
・二酸化炭素は赤外線をよく吸収する
・温室効果ガスと赤外線のバランスが大切

そして

・地球温暖化の主要因はまだわかっていない
・気候変動の大規模シミュレーションは困難
・二酸化炭素以外の温暖化ガスや赤外線量など考慮する必要がある

ということをお伝えしたい.

地球温暖化のメカニズムはまだまだわかっていないことが多い.なので二酸化炭素が地球温暖化の原因かどうかははっきりしていない.だからこそ,より多くの人に地球環境について興味をもってもらえたら嬉しいなと思う.

以上,最後まで読んでいただきありがとうございます!

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