『海の温暖化』より 古気候・古海洋環境変動 地球史における現在気候の位置づけ--新生代氷河時代
Anthropocene--人類の時代
穏やかな完新世の気候の下で文明を発達させてきた人類は、地質記録に活動の痕跡を残すようになった。たとえば、稲作の証拠は、堆積物中の花粉組成や極域の氷の中に閉じ込められた気泡中のメタンガス濃度などに記録されている。産業革命以降、地球環境に及ぼす人類活動の影響は大きくなり、1950年以降、特に甚大な影響を与えるようになった。1950年以降の加速度的に増大する地球環境に与える人類の影響を、Great Accelerationという言葉で表す。人類の活動が地球環境に与える影響は完新世の枠を超越しており、すでに人類活動が優占する新しい地質時代が始まっていると主張する研究者によって、人類の時代を意味するAnthropoceneという言葉がつくられた。人類が地球環境に与えている影響の例としては、化石燃料由来の二酸化炭素の放出・化学肥料による窒素循環の改変・放射性核種やフッ素化合物、石油製品といった新物質の使用・生物の大量絶滅などがあげられる。これらは、人類活動の明白な証拠として地層に刻まれる。
現在の地球温暖化の特徴を、過去の地球環境変動の視点から捉えてみよう。400ppmという現在の大気中二酸化炭素濃度は、過去80万年間の氷期一間氷期サイクルの時間スケールの変動幅(170~290ppm)をはるかに超えた異常に高い濃度であることがわかる。一方で、2000万年前より昔の大気中二酸化炭素濃度は、おおむね400ppm以上で時には1000ppmに達していた。このように現在の大気中二酸化炭素濃度については、過去の気候に類例を見つけられる。しかし、人類活動による二酸化炭素排出の速度(炭素量換算で毎年100億t = 10 GtC)は、少なくとも過去3億年間の地球史に例がない速さである。6.3.1項で紹介したPETM事件は、数千年間に2兆~6兆t(炭素量換算)の二酸化炭素が大気に放出されたと推定されているが、その速度は最大でも年間10億t(炭素量換算)程度と、現在の1/10以下である。現在の地球温暖化の最大の特徴は、人類活動による二酸化炭素の排出速度にある。この点において、現在は未知の気候変動のさなかにあるといえよう。
人類が排出した二酸化炭素のゆくえ
人類は毎年100億t(炭素量換算)の二酸化炭素を排出している。大まかにその半分が森林と海洋にそれぞれ1/4ずつ吸収され、残りの半分が大気にとどまり二酸化炭素濃度を上昇させ温室効果が強くなっている。人類が排出した二酸化炭素が最終的にどうなるのか、ということを考える上で、6.3.1項で紹介したPETM事件が参考になる。人類の二酸化炭素排出量は、自主的な排出削減、もしくは採掘コストの採算が取れる化石燃料の枯渇により、遅くとも数百年以内に大幅に減少する。排出された二酸化炭素は、海洋に吸収され海水を酸性化しながら、熱塩循環により徐々に世界の深海に運ばれる。酸性化した深層水は、海底に堆積した炭酸カルシウムを溶解することで中和される。海底の炭酸カルシウムとの中和反応を介して、最終的に海洋炭素循環が平衡状態に達するまでには、5000年程度の時間を要する。海底表層の堆積物中に含まれる炭酸カルシウム量は炭素換算にしておよそ7500 GtC (7500 Pgc)と見積もられており、採掘可能な化石燃料由来の二酸化炭素をすべて中和できるだけの量がある。これから数千年間、PETM事件のような炭酸カルシウムに乏しい地層が、海底堆積物中に形成されるだろう。
ジオエンジニアリングにより人類が排出した二酸化炭素を深海に隔離するという考えがある。これは、数千年かけて起こる海底の炭酸カルシウムとの中和反応を早回しするものである。いずれにせよ、海底堆積物中の炭酸カルシウムの乏しい地層は、海洋プレートが海溝に沈み込むまでの数千万年間から1億年余りにわたりこの時代を特徴づける特異的な層となるだろう。
人類が利用している資源の素性
人類が利用している資源は、地球史のなかで蓄積されたものである。化石燃料の石炭は、過去の植物が地中に埋没し地熱や地圧により炭化水素中の水素と酸素が抜け、炭素の比率が高くなったものである。3億5000万~3億年前の石炭紀の地層からは、その名のとおり石炭が多く産出される。当時は大気中の酸素濃度が高く(30%以上と推定)、巨大な森林が形成され、埋没した植物の石炭化か進んだと考えられている。なお、夕張や筑豊をはじめとした日本の石炭の大部分はずっと新しく、新生代前半に形成された。
化石燃料の石油は、植物プランクトンなどの遺骸が海底に堆積し、ケロジェンと呼ばれる高分子有機物となった後、地熱や地圧により熟成されて放出された炭化水素が濃集してできたものである。現在知られている油田の多くは、白亜紀に形成されたものである。白亜紀には、現在のカリブ海や中東、地中海に相当する低緯度海域にテチス海と呼ばれる遠浅の海が広がっていた。温暖な気候と高い大気中二酸化炭素濃度の下、植物プランクトンによる光合成が活発に行われていた。油田の多くは、当時のテチス海およびその周辺域で発見されている。新生代に入ると、インドのユーラシア大陸への衝突や大西洋の拡大などプレートテクトニクスによりテチス海は消滅した。化石燃料の石炭と石油はいずれも太古の植物や植物プランクトンが光合成で固定した炭素をエネルギー源としている。したがって化石燃料は、太古の太陽エネルギーの濃縮物とみなすことができる。
我々が生きていく上で、水(淡水)と食物は欠かせない。米国はトウモロコシ、大豆、小麦などの一大生産国である。米国の穀倉地帯は、中西部のグレートプレーンズ(Great Plains, 大平原)と呼ばれる乾燥地帯にある。氷期に氷河によって侵食された土壌がこの地に堆積することで、肥沃な土壌が形成された。この地の農業は、氷期に蓄えられた地下水(化石水)に依存している。水や土壌も文明を支える大切な資源であり、その形成には過去の地球環境変動と密接な関係がある。
Anthropocene--人類の時代
穏やかな完新世の気候の下で文明を発達させてきた人類は、地質記録に活動の痕跡を残すようになった。たとえば、稲作の証拠は、堆積物中の花粉組成や極域の氷の中に閉じ込められた気泡中のメタンガス濃度などに記録されている。産業革命以降、地球環境に及ぼす人類活動の影響は大きくなり、1950年以降、特に甚大な影響を与えるようになった。1950年以降の加速度的に増大する地球環境に与える人類の影響を、Great Accelerationという言葉で表す。人類の活動が地球環境に与える影響は完新世の枠を超越しており、すでに人類活動が優占する新しい地質時代が始まっていると主張する研究者によって、人類の時代を意味するAnthropoceneという言葉がつくられた。人類が地球環境に与えている影響の例としては、化石燃料由来の二酸化炭素の放出・化学肥料による窒素循環の改変・放射性核種やフッ素化合物、石油製品といった新物質の使用・生物の大量絶滅などがあげられる。これらは、人類活動の明白な証拠として地層に刻まれる。
現在の地球温暖化の特徴を、過去の地球環境変動の視点から捉えてみよう。400ppmという現在の大気中二酸化炭素濃度は、過去80万年間の氷期一間氷期サイクルの時間スケールの変動幅(170~290ppm)をはるかに超えた異常に高い濃度であることがわかる。一方で、2000万年前より昔の大気中二酸化炭素濃度は、おおむね400ppm以上で時には1000ppmに達していた。このように現在の大気中二酸化炭素濃度については、過去の気候に類例を見つけられる。しかし、人類活動による二酸化炭素排出の速度(炭素量換算で毎年100億t = 10 GtC)は、少なくとも過去3億年間の地球史に例がない速さである。6.3.1項で紹介したPETM事件は、数千年間に2兆~6兆t(炭素量換算)の二酸化炭素が大気に放出されたと推定されているが、その速度は最大でも年間10億t(炭素量換算)程度と、現在の1/10以下である。現在の地球温暖化の最大の特徴は、人類活動による二酸化炭素の排出速度にある。この点において、現在は未知の気候変動のさなかにあるといえよう。
人類が排出した二酸化炭素のゆくえ
人類は毎年100億t(炭素量換算)の二酸化炭素を排出している。大まかにその半分が森林と海洋にそれぞれ1/4ずつ吸収され、残りの半分が大気にとどまり二酸化炭素濃度を上昇させ温室効果が強くなっている。人類が排出した二酸化炭素が最終的にどうなるのか、ということを考える上で、6.3.1項で紹介したPETM事件が参考になる。人類の二酸化炭素排出量は、自主的な排出削減、もしくは採掘コストの採算が取れる化石燃料の枯渇により、遅くとも数百年以内に大幅に減少する。排出された二酸化炭素は、海洋に吸収され海水を酸性化しながら、熱塩循環により徐々に世界の深海に運ばれる。酸性化した深層水は、海底に堆積した炭酸カルシウムを溶解することで中和される。海底の炭酸カルシウムとの中和反応を介して、最終的に海洋炭素循環が平衡状態に達するまでには、5000年程度の時間を要する。海底表層の堆積物中に含まれる炭酸カルシウム量は炭素換算にしておよそ7500 GtC (7500 Pgc)と見積もられており、採掘可能な化石燃料由来の二酸化炭素をすべて中和できるだけの量がある。これから数千年間、PETM事件のような炭酸カルシウムに乏しい地層が、海底堆積物中に形成されるだろう。
ジオエンジニアリングにより人類が排出した二酸化炭素を深海に隔離するという考えがある。これは、数千年かけて起こる海底の炭酸カルシウムとの中和反応を早回しするものである。いずれにせよ、海底堆積物中の炭酸カルシウムの乏しい地層は、海洋プレートが海溝に沈み込むまでの数千万年間から1億年余りにわたりこの時代を特徴づける特異的な層となるだろう。
人類が利用している資源の素性
人類が利用している資源は、地球史のなかで蓄積されたものである。化石燃料の石炭は、過去の植物が地中に埋没し地熱や地圧により炭化水素中の水素と酸素が抜け、炭素の比率が高くなったものである。3億5000万~3億年前の石炭紀の地層からは、その名のとおり石炭が多く産出される。当時は大気中の酸素濃度が高く(30%以上と推定)、巨大な森林が形成され、埋没した植物の石炭化か進んだと考えられている。なお、夕張や筑豊をはじめとした日本の石炭の大部分はずっと新しく、新生代前半に形成された。
化石燃料の石油は、植物プランクトンなどの遺骸が海底に堆積し、ケロジェンと呼ばれる高分子有機物となった後、地熱や地圧により熟成されて放出された炭化水素が濃集してできたものである。現在知られている油田の多くは、白亜紀に形成されたものである。白亜紀には、現在のカリブ海や中東、地中海に相当する低緯度海域にテチス海と呼ばれる遠浅の海が広がっていた。温暖な気候と高い大気中二酸化炭素濃度の下、植物プランクトンによる光合成が活発に行われていた。油田の多くは、当時のテチス海およびその周辺域で発見されている。新生代に入ると、インドのユーラシア大陸への衝突や大西洋の拡大などプレートテクトニクスによりテチス海は消滅した。化石燃料の石炭と石油はいずれも太古の植物や植物プランクトンが光合成で固定した炭素をエネルギー源としている。したがって化石燃料は、太古の太陽エネルギーの濃縮物とみなすことができる。
我々が生きていく上で、水(淡水)と食物は欠かせない。米国はトウモロコシ、大豆、小麦などの一大生産国である。米国の穀倉地帯は、中西部のグレートプレーンズ(Great Plains, 大平原)と呼ばれる乾燥地帯にある。氷期に氷河によって侵食された土壌がこの地に堆積することで、肥沃な土壌が形成された。この地の農業は、氷期に蓄えられた地下水(化石水)に依存している。水や土壌も文明を支える大切な資源であり、その形成には過去の地球環境変動と密接な関係がある。