Iida Laboratory

　Figure_2は、夏の北極海・ボフォート海(Arctic Sea・Beaufort Sea)付近の様子を航空機から観測した写真です。(日本航空様ご提供)  2003年の8月(北半球の夏季)には多くが海氷で覆われ、一部に亀裂が入っている状態ですが、それからわずか5年後の2008年の夏には、広範囲で海氷が溶けており、青い海水面がはっきりと確認できるほど海氷面積は顕著に減少しています。NSIDC（National Snow and Ice Data Center：アメリカ雪氷データセンター）の観測によると、北極海の海氷域面積は1979年頃から減少し始め、現在に至るまで減少傾向は継続しています。毎年、北半球の夏季に注目される、海氷面積の最小値は著しく減少しており、NSIDCのデータによると、毎年夏季には、北海道の面積と同じ程度の海氷減少が進行しています。2016年には、海氷面積の減少がこれまでになく進行しました。これは同じ年に発生した「史上最強のエルニーニョ」の影響とも言われていますが、NSIDCとNASAの観測によれば、ボフォート海では、通常は夏季でも溶けることのない何層もの氷層からなる厚い海氷が徐々に溶け出していることが確認されました。この厚い海氷は一年を通して海の温度を一定に保つ役割を果たしている重要な海氷であり、海水温の上昇や海面上昇が進行するのではないかと懸念が広がっています。
 
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NSIDC記事 : http://nsidc.org/arcticseaicenews/2016/06/low-ice-low-snow-both-poles/のページへ

　Figure_3は、IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change：気候変動に関する政府間パネル)の第5次報告書に記載された、世界各地の平均気温の変化、海水面の上昇、両極地方の海氷減少に関する観測値と人為的要素を考慮した予測値を示しています。北極海の海氷減少について、1979年以降に観測されている減少傾向は、人為的影響を考慮したシミュレーション値とよく一致しており、気候変動に起因している可能性が非常に高いと示されています。少なくとも、北極地方は、地球上の他の地域に比べて2倍もの温暖化にさらされています。
 
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増え続けるCO2

南極の古い氷に含まれていたCO2の濃度と、NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration：アメリカ海洋大気庁）のMauna Loa (マウナ ロア) 観測所 (ハワイ島)において測定された大気中のCO2濃度変化(Figure_4)を見ると、1800年代の産業革命の頃から徐々に増加しはじめ、1950年以降の戦後の経済成長とともにそれまでの増加の割合とは明らかに異なる勢いで増加しています。1900年代中盤からの先進工業国の経済発展とともに、過去60年の間に急上昇した大気中のCO2濃度は、2010年には世界の平均濃度値で389.0 ppmに達し、近年は年間~2 ppmの割合で着実に増える傾向にあります。
　原始の地球で海が誕生した頃、CO2は100気圧分以上存在し、その温室効果により地球の大気は数100℃という高温だったといわれています。その後CO2は多量の雨に溶け炭酸となって海に流れ込み、その当時、海中に極めて豊富に存在していたマグネシウムやカルシウムと反応して鉱物となり大気中の膨大な量のCO2は急激に減少しました。
　今問題となっている大気中のCO2濃度の増加は、言うなれば、私たち先進工業国が過去に出したものが大半で、そのCO2が気候変動の原因になっているとも考えられます。現在の私たちの豊かな生活と高い技術力を作り上げるのに、多くのCO2が排出されてきたのです。今、私たちの得た高い技術力で、これまでに排出されたCO2の処理や、今後排出されるであろうCO2を削減する仕組みを積極的に開発する必要があります。
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration：アメリカ海洋大気庁）Mauna Loa (マウナ ロア) 観測所のページへ

Figure_5は、アメリカ Mauna Loa観測所で計測されている大気中のCO2濃度の変化を示しています。CO2濃度の変化は明らかに右肩上がりの増加傾向を示しています。CO2濃度変化に細かなギザギザがあるのは、一般に、大陸の多い北半球では植物の活動と連動する形で、CO2濃度は冬から春にかけて高くなり、夏に低くなるという季節変動を示すためです。この様子はアメリカ NASA Goddard Space Flight Center (ゴダード宇宙飛行センター)により公開された「地球上の二酸化炭素の1年間にわたる動き」(下記のリンク)により確認できます。
　大気中に放出されるCO2は、森林の光合成により固定されるほか、大半は海洋により吸収されます。CO2の吸収が続けば大気中のCO2濃度は減り続けると推測されますが、これまでに明らかになったCO2の循環に関する地球のメカニズムでは、森林や海洋に吸収・固定されたCO2は活火山や海嶺等での海底火山から大気へ放出されることにより地球規模の壮大な時間スケールで循環(炭素循環)し、人間の経済活動が活発化する前の大気中のCO2濃度は 300ppm (0.030%)以下に保たれ、地球規模の炭素循環による精妙なバランスにより地球の平均気温は~14℃に保たれきました。しかしながら、近年のエネルギー大量排出によるCO2の排出は、地球のもつ炭素循環による処理能力をはるかに超え増大の一途をたどっています。
　日本では、代表的観測地の岩手県大船渡市綾里において、2012年5月に初めて月平均のCO2濃度が400 ppm (0.040%)を越え (下記のリンク)、翌年の2013年5月にはMauna Loa観測所で1日の平均濃度値が400 ppmを越えました。400 ppmというCO2濃度は、地球の精妙な炭素循環によるバランスを大きく崩すといわれている濃度値で、これを大きく越えると、今後大規模なCO2削減対策を行っても元には戻れないと警鐘が鳴らされている数値領域なのです。
NASA Goddard Space Flight Center / Computer Model Provides a New Portrait of Carbon Dioxideのページへ
気象庁：2012年5月 「 国内観測地点において、観測開始以降初めて大気中の二酸化炭素濃度（月平均値）が400ppmを超えました。」のページへ

　Figure_6は、Vostok antarctic ice core data (南極、Vostok基地で採取されたアイス・コア)による40万年前から1950年までの大気中のCO2濃度と、1950年から現在までアメリカMauna Loa観測所で計測されたCO2濃度を合わせて表記した、大気中CO2濃度の変化を示しています。
　この図に示されているように、地球のCO2濃度はこれまでに長い周期で変動してきました。CO2濃度が大きく変化している過去には~9℃近い温度変化があった時もありましたが、図に明確に示されているように、現在、私たちが経験しているCO2濃度の上昇は、人間の経済活動か活発ではなかった昔の地球がこれまでに繰り返してきた濃度変化とは明らかに異なるものであると言えます。
　遠い過去、氷に閉ざされた氷河期の時代が現在の気温より3～6℃低いだけであったことを考えると、現在予測されている地球規模での温暖化(気候変動) が現実のものとなれば、かなり大きな気候変動 (最大で2100年には~6℃上昇のIPCC研究予測) が想定されます。人類の経済活動による化石燃料の大量消費は、地球の自然の炭素循環のメカニズムを壊し、環境・生態系を崩す主因となってしまうのです。
Vostok antarctic ice coreのページへ

　　「気候変動」「地球温暖化」、以前は学会や科学誌などでしか聞かなかった用語ですが、近年は頻繁に見聞きするようになってきました。最大瞬間風速~60m/sのように大型化する台風や日本各地で頻発する集中豪雨など、~15年前とは明らかに違う規模と頻度になってきました。こうした異常気象は、日本だけでなく、世界の各地で見られるようになってきており、地球の平均気温が上昇する「地球温暖化」が原因と考えられています。Figure_7はIPCCの第4次報告書に記載された1961~1990年の平均気温を基準とした地球の平均気温の推移を示しています。過去25年(黄色)、50年(橙色)の期間で見た気温上昇率は~1℃/10年以上の割合になっており、平均気温の上昇率が大きくなっています。
　近年顕在化してきている異常気象や北極海の海氷融解、永久氷河の融解などの現象は、人間の経済活動に伴い排出される温室効果ガスによる「地球温暖化」が主因とされていますが、それ以外の要素による影響が小さくないという議論もまだあります。NASAでは「地球温暖化」に関係する可能性のある様々な事象を気候モデルシミュレーションに入れて、各要素間の相関を調べた結果を公開しています。 (下記のリンク)
　この計算では、まず自然由来の影響要素として、地球と太陽の距離の変化に伴う影響、太陽の温度変化、地球上の火山活動による影響について調べましたが、顕著な相関は見出せませんでした。他方、人的影響要素として、森林伐採の影響、オゾン(O3)の増減の影響、石炭を燃やしたときのエアロゾル粒子状物質の影響、CO2などの温室効果ガスの影響との相関を調べたところ、Human Factors(人間の活動による影響)との間に明確な相関が見いだされました。この比較計算は、NASAのゴダード宇宙科学研究所(GISS)のコンピューター気候モデルを用いて行われたものです。
IPCC 第4次報告書のページへ
What's Really Warming the World? Climate deniers blame natural factors; NASAのページへ

Figure_8は2015年の全世界における1次エネルギーの消費をOECD (Organisation for Economic Co-operation and Development：経済協力開発機構)加盟34カ国と非加盟国についてまとめたものです。OECD加盟の34カ国(いわゆる先進工業国)は1次エネルギーの消費が頭打ちなのに対し、非加盟国(いわゆる途上国)では右肩上がりで増加の一途になっており、この傾向は2040年頃まで当分の間続くと想定されています。途上国における1次エネルギーは、これまでに構築された利便性と産業資源としての有用性とも相まって、化石燃料が当分の間主力エネルギー源となります。こうしたことから、今後、世界規模でのCO2削減を行うためには、途上国と連携した排出抑制プランを創出・実施していかなければなりません。先進工業国で開発した低炭素化誘導型の機器を積極的に導入し、相手国でのCO2排出を削減する取り組みが求められます。
　「気候変動」「地球温暖化」の主因であると考えられるCO2排出の削減には今後積極的に取り組む必要があります。すぐに化石燃料の使用を止めることはできませんが、まずは化石燃料の消費を抑えることが重要です。今後のエネルギー源として太陽光発電や風力のような再利用可能エネルギーの導入は重要ですが、それだけでは膨大なエネルギー消費の観点から十分ではなく、排熱に代表される未利用エネルギーの積極利用が求められています。エネルギーの消費先において、供給されているエネルギーを今以上に高効率に利用する、既存エネルギーシステムの改善が必要なのです。
　化石燃料系のエネルギーは最終的には「熱」になりますので、未利用で排出されている「排熱」を回収して、使い勝手の良い電気エネルギーに変換する技術が普及すれば、総合的にエネルギー利用効率を高めることができ、昨今の地球温暖化問題やエネルギー問題に寄与できる可能性を秘めています。このような「排熱の再利用 (再資源化)」の取り組みは、時として新エネルギーの導入と同様に、あるいはそれ以上に環境負荷を低減させることにつながることがあります。