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【結論: 関係ありそう】

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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【結論: 関係あるかも】

近年,特に夏になると「子供の頃より暑いな」と感じることはないだろうか?

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聞いて「二酸化炭素と地球温暖化は関係あるだろうか?」と思ったりしないだろうか?

実は僕もそんな疑問をもった一人だ.

ここ最近は,夏になると世界中で熱波など異常気象が報告され,ここ日本でも最高気温の更新が続いている.

一般的に,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.

今回,地球温暖化と二酸化炭素の関係について調べたのでぜひ読んでほしい.

地球温暖化と二酸化炭素の本当の関係とは?



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,地球の二酸化炭素濃度と平均気温の上昇についてnasaのHPで確認した.

その結果,やっぱりどちらも年々上昇している

気温の上昇 [℃]
GlobalTemp

二酸化炭素濃度 [ppm]
*ppm=parts per million, 1ppm = 0.0001%
CO2

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,気温の上昇と二酸化炭素濃度の関係を西暦で整理してみた.

気温と二酸化炭素濃度の関係
Temp-vs-CO2

こうやって整理をすると気温上昇と二酸化炭素の関係がダイレクトに見えてくる.

世の中には気温上昇と二酸化炭素の関係について懐疑的な意見もあるが,このグラフからは二酸化炭素濃度と気温上昇には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

地球温暖化は本当に二酸化炭素が原因だろうか?

その答えを探すために,地球温暖化のメカニズムを探ってみる.

「二酸化炭素が地球温暖化の原因だ!」という人は多いが,そのメカニズムを知ってそう言っている人はどれくらいいるだろうか.

「周りがそう言うから」と漠然とした思い込みを持つ前に,しっかりとメカニズムを押さえておきたい

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私たちは生活できている

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」どうなると思うだろうか?

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近い気温になってしまう.

それ以外の熱源は地球の地熱だから,絶対零度に近づく,と言っても過言ではないだろ.

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.

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,ということをこの絵は表している.

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,200年前と現在では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上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のだ.



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しないだろうか?

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のだ.

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.

そうすると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

これらの中で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

分子の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.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だ.

実際に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.

ここに,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のだ.

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のだ.

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のように感じられる.

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思える.

しかし,そもそもの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,いささか早計だ.

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だ.

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にできずにいるのだ.

そして,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

地球温暖化の要因は二酸化炭素だけでない.

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はずだ.

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だ.

例えば,炭素税の導入などがそれにあたる.

これ以上は語らないけれど,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)という人はきっと多い.

個人の力ではどうしようもない部分もある二酸化炭素の増加.

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,自分なりの意見を持ってほしい.

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.

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1冊.有名すぎるので多くは語らないけれど,読むと目から鱗が何枚も落ちますよ.

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

不都合な真実2 |アル・ゴア

ドキュメンタリー映画として少し前に話題となった「不都合な真実」の第二弾.

こちらは環境問題の真実を教えてくれる1冊.衝撃的な写真と共に世界中で起きている環境問題を教えてくれる.



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でできている
その赤外線は宇宙からやってきて,そして宇宙へ返る
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

二酸化炭素は地球温暖化の一つの要因
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

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ない.

ただ一つ言えるのは,地球の平均気温は上昇しているということ.

そしてそれが地球環境に変化をもたらしているということだ.

より多くの人に地球環境の変化について興味をもってもらえれば幸いだ.

おしまい.

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