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地球が太陽から受けるエネルギーというのは、１

男性：0.1 ぐらいは。

㎡あたりおよそ 1,380 ワットぐらいあります（太陽定数：S0）。１㎡で 1,380 ワットというと 100 ワット

素晴らしいですね。植物は太陽の光を使って光合電球で 14 個ですから結構明るいわけです。これに地成をしているわけですから、なるべくエネルギーを球の断面積をかけます。それから、人工衛星から地吸収しようとするわけです。その結果、森のアルベ球を見ると分かるのですが、例えば海は青黒く見え

ドは 0.1 ぐらいです。海はちょっと厄介なのですが、ます。だけれど雲も結構あって、雲は白い。また。

光が真上からあたるときはほとんど吸収するのでア

陸地は海よりは明るいですよね。何を言いたいかとルベドは 0.1 ぐらいですが、斜めにあたると基本的

いうと、地球は受けた熱をすべて吸収しているわけには反射します。ただ表面が波立っていて一部吸収ではなくて、一部反射をしているという事です。そをするので、0.7 ぐらいとなっています。地球全体のれをここでＡと表していますが、これをアルベド（反平均は 0.3 ぐらいだと言われています。

射能）と呼びます。そうすると（１－Ａ）というの

ここまで地球が吸収するほうのエネルギーの話をは、反射されずに地球に吸収される割合になります

しましたので、次に自分から出すエネルギーの話をが、これをかけます。つまり、太陽の光が地球の距します。ここで、ステファン・ボルツマンの法則と離で受けるエネルギーに面積をかけて、さらに反射いうのが出てきます。
【図２】

されないで吸収される割合をかけてやると、地球が受けるエネルギーになるわけです。
男性：太陽定数 1380W/m2 には時間の項が入っていませんが、それでよいのですか？
太陽定数の単位に入っている W はエネルギーを時間で割ったエネルギーの流量を示す単位で、その中に時間の項が入っています。
今日、皆さんにお見せする式は、これと次にお見せする項をイコールにつないだ式だけです。アルベドについてもう少しご説明しますと、例えば地球が【図２】

ミラーボールだったら、アルベドが１です。地球が２式 （地球が放射するエネルギー）＝ 4πre2σTe4

真っ黒だったらアルベドはゼロです。ちなみに地球の表面はいろんなものが構成しますが、それらのア

この法則の意味は、簡単に言うと、温度を持ってルベドを簡単にご説明していきます。例えば雪で覆いる物質は、温度に応じて電磁波（波長が短ければわれた場合、アルベドはいくつぐらいだと思います

Ｘ線とか紫外線、長ければ可視光から赤外線など）

か？

として熱を放出しているということです。もう少し詳しく言うと、物質（例えば地球）の放射強度は物

男性：0.9。

質（地球）の表面温度の４乗に比例するという法則です。これ（放射強度）に先ほど言った地球の表面

素晴らしいですね。0.8～0.9 です。要するに、非積をかけると、地球が外に向かって放射するエネル

常によく反射をするわけです。だからこそ我々はスギーになるわけです。ちなみに右辺のシグマ（σ）

キーに行く時にサングラスがないとえらい目にあうというのは、ステファン・ボルツマン定数と言わます。

わけです。では、砂漠はどうでしょう。

これと先ほどお示しした地球が受けるエネルギーとが、基本的にはつりあっているのです。

男性：半分ぐらい、0.5。

３式 S0(1-A)πre2 = 4πre2σTe4

そうですね、それぐらいあるのもあると思うのですが、0.3～0.4 ぐらいと言われています。森はどう

では、この式を解くことにします【図３】
。一見面

でしょう？

2

倒くさそうに見えますが、計算していただければ地じです。ただし、今度は右辺に射出効率（α）とい

表面温度が 255°K となります。

パラメータが入っています。地表からの放射エネル
ギーのうちのα（０から１の間の値を取り、すべてが出れば１、全くでなければ０です。）が地球外に出て行く割合ということです。それから、また地表温度（ちょっと都合で高めにしていますが）を、288°
K（=15℃）とします。地表温度を先に与えると、ス
テファン・ボルツマンの式から地表からどれだけ放射があるかというのは計算できます。
一方で、地球外に出て行く放射ですが、地表から放射されたエネルギーの一部は温室効果により地表に戻されるので、必ずしも全部は出て行かないのです。その効率をαというパラメータで見ていこうと思います【図４】。

【図３】
この°K というのは絶対温度で、摂氏に直すと－18 度になってしまいます。でも－18℃という地表温度は低すぎますよね。南極、北極ではこれぐらいになっているかもしれませんが、地表の大部分はもっと高いわけで、具体的には＋11 から 13℃くらいになります。だからこの答えは合っていないわけです。
最初から早速困ってしまいました。
何故合わないのでしょうか。いかがでしょうか、
どなたか何故合わないのかに関してご意見がおありの方は？計算間違い（笑）
。時々やりますが、多分大丈夫だと思います。いかがですか？

【図４】
4式

男性：地球が熱を持っているから。

S0(1-A)pre2 = α4pre2σTe44 式が 3 式と違うのは右辺にαをかけたというこ
地球自体も内部から熱を出す、それはそうなのでとです。Te というのを 288 度にしてαを求めてみます。ただ少なくとも現在は、その地球が出す熱量としょう。太陽定数を 1,380 ワットにして、アルベドいうのは太陽から受ける量の何千分の１ぐらいで、を地球にあたった太陽の光のうちの３割が反射され無視できる程度なのです。

るとして、あとステファン・ボルツマン係数も入れます。それでαを求めてやると 0.62 です。これはど

男性：きっとそうだと思うのですが、つまり放熱し

ういうことを意味するかというと、地表から放射さている分がまた戻ってきているからということです

れたエネルギーのうちの 62％は外に出て行くのだけよね。地球からの放熱が温室効果ガスでまた戻ってど、残りの 38％は出て行かないでまた地表に戻ってきている。つまり全部放熱しているわけではないとくるということです。残りの 38％というのは、大気いうことだと。

が吸収して熱を持つので大気自身がまた放射するわけです。その時に外側にも放射するけれども内側にそうです。どういうことなのか次にご説明します。

も放射する。その内側に放射したものによって、地表が温められるのです。まさしくこれが温室効果な

1-2 地表温度の違いは何を意味するか？－温室効果のですが、多分まだここまでの説明だと温室効果イ
メージが完全にはわかないと思いますので、もう少地球が太陽から受けるエネルギーと地球が放射すし説明をしましょう。

るエネルギーをバランスさせる。これはさっきと同

3

れたエネルギーが大気を温めますので、大気はその1-3 透明な大気と不透明な大気

温度(Ta)にみあう量の放射をします。この時、大気は
太陽の光の強さを波長別に測ってみます。すると

上と下の両側分け隔てなく放射をする。これにより、太陽の光があまり地表に届いていないのが解ります。

地球の表面は４σTa4 の熱をもらうわけです。これとこれは太陽光が大気で吸収されている事を示します。

太陽からの放射 S0 と合わせたものが、地表が出す放可視領域を中心とした 0.3 から 1.3 ミクロン辺りの波

射とバランスしているはずです。それから大気につ

長帯はほとんど地表に届いているのですけれど、1.5

いて、大気が吸収するエネルギーと、大気が放射す

ミクロンより長い波長帯になると、ところどころでるエネルギーとがバランスしているはずです。そう

光が地表まで届く波長帯があるけれど、基本的には考えると、これも簡単な連立方程式で解くことが出

大気により吸収されて地表まで届いていないことが来、地表温度が大体 288°K ぐらい、大気の温度はわかります。

225°くらいになります【図５】。これはちょっと低一方、太陽は表面温度が 5,780°K あります。非常

すぎますね。温室効果というのはこういう役目をすに熱いので短波長の電磁波を放出します。波長で言るということです。地球からの放射を大気が全部通うと 0.5 から１ミクロンあたりです。それに対してさずに、その半分近くをキックバックをする事で地

地球は、これは大気の上端での温度なのですが、表は暖まるという訳です。これが、温室効果の基本

255°K ありますが、長い波長、10 から 50 ミクロン的な概念です。

という赤外線の波長の電磁波を出しています。大気

実際の温暖化予測では、こんな単純なことはしてによる吸収との関係を見ますと、太陽の光に対していません。本当に地球表面をグリッドに切って、更は、地球の大気はほとんどそれを通している。即ちに大気も何十層にも分けて、各ボックス間の物質や透明なのです。少し吸収する波長帯もありますが、エネルギーのやりとりをスーパーコンピューターで地球の大気は太陽の光をほとんど通しています。

全部式を解いているんですが、単純に考えるとやっ

この太陽光に対して大気が透明な波長帯が可視領ていることは大体このようなことだということです。

域にあたるというのは実は偶然ではありません。生

これを基本にしてこの次の話がありますので、ここ

物の目というのは太陽の光の反射を使って周辺のもまでは是非分かっていただきたいです。

のを察知しようとするので、我々が目で見える波長の領域（可視領域）というのは、実は大気を透過してきた太陽光の反射をよく見える領域になっているわけです。
一方、地球の表面から放出される電磁波に対しては、大気はかなり不透明です。不透明というのは吸収してしまうということです。もし我々が赤外線が見えるめがねにつけて、地球の外から地球を見たら地表から放射される赤外線は大気によりほぼ全て吸収されるので大気より下の地球は何も見えないということです。要するに地球の大気というのは、太陽の光はほとんど通すのだけど、地球が出す長い波長【図５】の電磁波はほとんど通さない、ですから先ほど言った残りの 38％というのは、地表が出す長波放射を大男性：入ってくる S0 の値ですが、地表に着く前に大気が吸収し、大気が暖められてまた放射をすること

気で吸収される部分があるわけですよね。それはどによって地球を暖めるのに使われる、これが温室効

ういう格好で。

果なのです。
すなわち太陽の放射 S0 はもろに地表に届きます。

実際の過程はおっしゃるとおりもっと複雑で、大このうちの３割ぐらいが反射されます。一方、地球

気に、大体１割強ぐらい吸収されます。それから、は、その表面温度(Tg)の４乗に比例して長波長の電磁

実は雲の部分で散乱されるものもあるのです。だか

波を出します。このごく一部は大気を通り抜けます

ら実際はもっと複雑です。これからも、こういうシが、大部分は大気に吸収される。そうすると吸収さ4これは我々の地球科学者の領域は超えていまして、

ンプルな形でご説明をしていきますが、それは現実を非常に単純化しているので、それで出てくる数値

天体物理学とか、恒星進化論、太陽のような星がど自体は現実と必ずしもぴったりは合いません。正確

うやってできて、どうやって進化していくかというな数値は本当にフルに細かい数式を解いていかないことを研究する分野の話です。恒星（自分で光を放と出ないということは、一応ご了承いただきたいとつ星）は、いわゆる主系列星になってから徐々に光思います。

を増していくというのです【図６】。それは確立された理論であって、疑問を挟む余地ないと。何故そう

司会者：今までのところ地球というのは鉄球じゃななるかと言うと、太陽の中で核融合が起こっている

くて、周りに空気の層があり、そこの部分が熱を吸からです。水素が燃焼してヘリウムになっていく、収する役目をしている何か座布団みたいなものがつ

その過程で放出されたエネルギーが太陽の光となっいているのだというような理解でいいんでしょうて放射されるわけです。それが徐々に徐々に活発化

か？

していくのですが、物理の法則を駆使すると、どういうふうに明るくなっていくかがちゃんと予言できるということだそうです。

そうですね。毛布をかぶせているような感じで、イメージとしてはそうです。ただ、ここであえて数では、今から 44 億年前の太陽が、現在の７割ぐら式を使っているというのは、エネルギーのバランス

いの明るさしかなかったとしたら、地球はどうなるを１個１個とりながら、どこで何が起こっているかのでしょうか。今度は太陽定数（S0）が現在の 70％というのを理解していただくというのがポイントだ

として、さっきの式をもう１回解いてみましょう。

からです。原理を是非分かっていただきたいという簡単です。0.7 をかけてあとは全部同じです。これをことです。

解いていきますと、今度は温度が 263°K になりました。263°K というのは０℃より低いので、地球の２．暗い太陽のパラドックス

表面は凍るということです【図７】。そうすると、これだけでは済まなくなってしまいます。

2-1 暗い太陽のパラドックス
次に２番目の「暗い太陽のパラドックス」というお話をしたいと思います。アメリカの非常に著名な
惑星科学者、宇宙科学者であるカール・セーガンが提案された「暗い太陽のパラドックス」という謎の話をします。今度は太陽の話になります。地球の歴史、太陽系の歴史というと、太陽系が出来たのがおおざっぱに言って 46 億年前、地球はそれより少し若くて 45 億何千万年前です。その頃の出来たての太陽というのは今より暗かったという話です。

【図７】
どういうことかというと、凍るということは水が氷になる、それから雨が雪になる。当然と地球の表面は雪で覆われる結果になる。それから海も凍る。そうすると、これまでの地球表面のアルベドが 0.3 だ
ったのが、低めに見積もっても 0.8 位になる。太陽放射が現在の 70％、射出効率が同じで、アルベドが0.8 にして計算してみると、地表温度は 193°K とな
ります。これはちょっと半端じゃない寒さです。これでは全球が凍結し、ガチガチに凍ってしまいます。

【図６】

5

たら、どういう理由で現代まで凍結に陥らずにすん
だのか、それが、セーガンが問いかけた問いです。
答えが分かる方、いかがでしょう。ではどうぞ。
男性：多分、大昔は炭酸ガスがいっぱいあったのでは？今までの話を聞いていて、そうだろうなと。
はい、そうなのです。セーガンは答えを用意していたのです。答えは、40 億年前の地球の大気がより強い温室効果を持っていたというものでした。だから全球凍結は免れたのだと考えました。先ほどの簡単な式でいくと、射出効率が 0.15 と低く、地表から【図８】の放射がほとんど出てこなければ、地球の表面は水が存在する状態で保たれるというわけです。セーガ

一旦氷で地球表面のアルベドが 0.8 になった状態から脱出するためには、太陽の明るさが明るくなる

ンは実は CO２ではなくてアンモニアを想定していまことで脱出する場合、この式だと太陽が４倍の明るした。還元大気を想定していたのですが、今でもそさにならなければ脱出できません。実際は先ほど言れについては議論があります。いずれにせよ、強い

いましように三次元のモデルを使ってもっとちゃん

温室効果を持つガスで地球は覆われていたから凍結とした計算をすると、４倍は必要なくて 1.3 倍程度を免れたというのがセーガンの答えです。

なのですが、それでも現在より明るい太陽が過去に
2-3 更なる謎－地球は幸運だったのか？

存在しない限りは脱出できません【図８】。それは恒星進化学のほうからはとんでもない話で、「地球科学

ただ、わたしはこの答えだけでは実は満足しませ者は何ぼけたことを言っているのだ」と言われてしん。40 億年前温室効果が非常に強かったとして、一まいます。

方で 40 億年前から現在まで太陽は徐々に明るくな

一方、わたくしは地層の記録を調べるという仕事をしているわけですが、少なくとも 36 億年前には、っているわけです。それに対して海が本当にずっと地球には既に海があったようです。どういうことか存在し続けたのだとしたら、何らかのメカニズムが、というと、グリーンランドにある今から 36 億年前の太陽が明るくなるのとバランスするように大気中の地層から、きれいに円摩されている礫岩が見つかっ

温室効果ガス濃度を減らしていかないといけないわているのです。円摩された礫は、水の流れがなけれけです。

ばできません。これ以外にももっといろいろな種類の地質学的な証拠があり、それらを調べるとどうしても 36 億年前には海がなければならなかったことになります。そうすると全球凍結はあり得ないという結論になるわけです。これが、セーガンが提唱した「暗い太陽のパラドックス」です。太陽の明るさ
が今の７割しかなかったら、地球の表面は凍りつき、
凍ったら現在に至るまで絶対にそこから抜け出せないはずだと言うわけです。だけれど、実際は少なく
とも 36 億年前には海があったわけです。矛盾ですよね。それがパラドックスということです。

【図９】2-2 セーガンの答え－４０億年前の大気【図９】は縦軸に温室効果ガスを二酸化炭素で代では、このパラドックスはどうやったら解けるの表させた場合の、液体の海を保つに必要な二酸化炭か。要するに全球凍結に陥らずに現在に至ったとし

6

素濃度を、横軸が時代を表わしています。もし温室効果ガスが二酸化炭素だとしたら、45 億年前に 10当だったら、全球凍結から抜け出でないはずなのに、分の１気圧から場合によっては 10 気圧ぐらいない

何で抜け出したのだろうかという疑問がでてきたのと地球は凍ってしまいます。その後、太陽は徐々にです。

明るくなってきますから、液体の海を保つのに必要

実はこういう話が出てきたのは、それほど昔のこな温室効果ガス濃度というのは徐々に低下していっとではありません。1990 年台になってオーストラリて、図の青の網をかけた範囲内にあれば地球は凍ら

アの研究者が７億年前くらいに海岸付近の環境で永ずにすむと言うことを図は示しています。放射平衡

久凍土があった証拠を示しました。しかもその地層の計算によると地球が一旦凍ったらそこから脱出で

過去の緯度は赤道付近だった事が、地層の中にあるきないということを考えると、図の青の範囲を区切

磁性鉱物の磁化の向きからわかりました。地層中のる下の境界を切ったら元に戻れないことになります。

磁性鉱物は、磁化した当時の北の向きや、伏角といまた何らかの理由で上の境界を切ると今度は蒸発しって赤道付近だとほとんど水平で、緯度が高くなるて海がなくなることになりますので、何らかの理由にしたがってだんだん角度を持って磁化するのです

で網をかけた範囲内で大気の組成をうまく変化させが、それを調べることによって、その地層のできたて現在までこなきればいけない。では、地球という時の緯度を知ることができるのです。それによるとのは本当にラッキーな惑星で、もしくは神様が意識先ほど言った海岸付近まで永久凍土があった証拠を的に大気組成をコントロールして、現在に至ったの持つ地層というのは、ほとんど赤道の下で堆積したか。そうだとしたら、我々は本当にラッキーな生物ものだということが解ったのです。そういう報告をになるわけですが、本当なのだろうか。それが次のオーストラリアの学者たちが 1980 年代にしました。
それに対してカリフォルニア工科大学のカーシュ話題です。

リンクという有名な過去の地球の磁場を調べている学者（古地磁気学者）が、「そんなのは嘘に決まって

2-4 全球凍結は起きていたいる」と反論しました。彼はオーストラリアに行っ
さきほど、全球凍結に陥ったら駄目だ、だから絶て、その説が違っていることを証明しようとしたの妙に大気が組成を変えつつ現在に至らなければいけです。しかし、調べれば調べるほど違っていないとないという話をしましたが、我々地質学者はそうでいうことになってしまい、彼はとうとう低緯度まではない証拠を見つけたのです。どういうことかとい氷床が広がったのは本当だという論文を書きました。

うと、全球凍結が起こったらしいのです。実際にこ一番反対している人が寝返ったというか、自分で証れは気の遠くなるような昔の話だと思いますが、24

明してしまったわけで、それでこの説にはずみがつ

億から 22 億年前、それから９億から６億年ぐらい前きました。

に、大陸氷床（雪が降り積もって厚さが何キロにもただ、カーシュリンクさんというのは、わたしもなった氷の台地。例えば、今の南極がそうです。
）がよく知っているのですが、転んでもただでは起きな

赤道付近まで、しかも山のてっぺんではなくて海岸い。実は、彼はこの全球凍結から何故地球が脱出でにまで広がっていた。そういう地質学的な証拠がいきたかという謎の答えを出したのです。1992 年にそろいろ見つかってきたのです。

の説を発表したのですが、その考えが広く知られる

例えば、永久凍土の証拠が見つかったのです。永までにはそれから 10 年近くかかりました。最初は反久凍土は、日本だと北海道の山上にちょっと見られ対者がすごく多かったのですが、徐々にいろんな人るぐらいですが、年間の平均気温がマイナス 10 度かが調べれば、特に反対している人が調べると、それら 15 度ぐらいよりも低いところで出来ます。その条が合っているという答えが出てきてしまうというこ

件では、土壌が凍ったまま溶けないのです。だけどとが繰り返されて、今はかなりの人が信じるように

温度には季節変化がありますから、凍った地面の体なっているという状況です。

積が変化して割れ目ができるのです。そこに夏に地
2-5 地球規模の炭素循環面の表面が溶けて出来た泥水が流れ込んで、そこでまた冬に固まる。そうするとその泥水が固まった割

カーシュリンクさんの出した答えを説明するには、

れ目がくさび状に凍結した土壌を切った構造が出来ます。それは、永久凍土の確実な証拠になります。

「地球規模での炭素循環」について話をしないといそういうものが、見つかったのです。これがもし本けません。地球規模での炭素循環を知るということ

7

は、地球の大気中の CO２が一体どういうふうに制御のです。実際は、有機物はもっとすごく複雑な化学されているか、コントロールされているかというこ

式を持ちますが、ざくっとおおざっぱにこう表してとを知るということなのです。それを説明するためもそんなに間違いではありません。これが大気と海の１枚目のスライドが【図１０】です。

洋から炭素を除去するほうです。これら供給と除去のバランスで大気中の CO２濃度は決まっています。
それから、この炭素循環で重要な役割を果たしているのが、陸上で起こる化学風化です。これは岩石がCO２を溶かし込んで炭酸となった雨水と化学反応する過程で、溶かしたものをカルシウムイオンなどとして炭酸イオンと共に海に流します。そして、海でこれを使って生物が石灰の殻をつくり、それが堆積して炭素を固定するというわけです。

【図１０】
図の左が大陸縁辺の火山です。これは海がその後にないので、日本列島と言うより南米のチリをイメージして頂ければとと思います。その下に沈み込んでいるのが海洋プレートです。海洋プレートは海の底を構成しており、例えば大西洋だとその真ん中に中央海嶺という海底山脈が延々と走っています。その頂上でマグマが噴出して、海洋底をつくっている【図１１】のです。そこで海洋プレートをつくって、それが何千万年もかけて徐々に動いていって、例えば太平洋

今言ったことをもう少し専門的な式で書いて見まだと太平洋中央海膨というんですが、東太平洋の低

しょう【図１１】。まず一つは岩石の化学風化です。

緯度に拡大の軸があって、そこで出来た海洋プレー

岩石というのはカルシウムだけではなくていろんなトが延々と西北に動いていって、日本の下に沈み込

イオンを含んでいるのですが、そのうち特にカルシんでいます。その沈み込みによって、日本に火山もウムとマグネシウムが重要です。それらは SiO2、こできるし、地震も起こるというわけです。実は大陸れを私たちはシリカと呼んでいますが、これとくっをつくる地殻というのは海底をつくる地殻とは組成

ついて鉱物を作ります。一番皆さんが知っている鉱が異なります。大陸地殻のほうが相対的に比重が軽物は石英ですが、石英は SiO2 だけから成ります。そいのでマントルの上に浮いています。

れ以外にも宝石になるようなきれいな鉱物もありま

では炭素に関しては一体何が起こっているかといすが、それらのうちの Ca を含む鉱物が CO２と反応

うと、海洋地殻が作り出される中央海嶺、それからすると、最終的に海でたまる石灰岩とほとんど SiO２

沈み込み帯のところ、日本とか環太平洋の火山帯はからなる火打石みたいな石、これをチャートと呼ぶ

みんなそうですが、そういうところから火山活動にのですが、になっていきます。もう一つが有機物のよって CO２が放出されているわけです。これが大気形成です。これは要するにプランクトンがたくさんに出されるほうです。では大気と海洋から取り除かできて、その死骸がたまって石油、石炭になっていれるほうはどうかというと、これは CaCO3 の沈澱にくプロセスです。これは基本的には二酸化炭素と水よります。CaCO3 とは石灰のことで、貝殻とか、海を使って炭水化物をつくり、実は微量のリンとか窒に住むプランクトンで石灰質の殻を作るやつが結構

素などの栄養塩類が必要ですが、それを有機物としいるんです。それらが炭素を固定する。それから有て地中に埋め込みます。

機物、図の CH2O というのは炭水化物を表わします
が、有機物の化学組成を非常に単純化して表したもそれが熟成すると石油や石炭になります。実は、こ8の過程で副産物として酸素を放出します。今日のおこの過程において、実は化学風化が非常に重要な話とはちょっとずれるのですが、この過程は大気中役割を果たしています。どういうことかというと、に徐々に酸素が出てきて、我々みたいな酸素呼吸を

何かの原因で蛇口を強く開けてしまったとします。

する生物が出現し、進化するのと関係しています。

すると、下の穴から出る水の量が変わらなければ水面は上がってきますよね。蛇口を開けたというのは
脱ガス速度を増加させたということです。そうする

2-6 化学風化と動的平衡と、大気中の CO２レベルが上がります。すると何がでは、大気中の CO２というのは、一体どういうふ起こるかというと、先ほどご説明した温室効果で気うにしてコントロールをされているのでしょう。

温が上がってきます。すると、化学風化というのは我々のイメージだと、例えばある容器の中に CO２を温度が高いほど風化速度が速くなるのです。鉱物と入れる際、それに CO２をたくさん入れれば濃度が上いうのは大体温度が高いほうが水と反応しやすい。

がるし、ちょっとだけ入れれば濃度が低いというイだから下の穴から出すほうにきいてくるわけです。

メージの方も多いと思います。しかし、先ほど言っ

要するに、出すほうを速くする効果がある。その結たように炭素というのは地球というシステムの中で果、水面は蛇口をひねる前よりはちょっと上がるけ

循環しているわけです。ですから、たとえば、ドラ

ども、永久にバーッ上がり続けてあふれ出したりは

ム缶の上に蛇口があって、そこから水がドラム缶にしなくて、少し上がったところでバランスして新しザーザー入っている。だけれどドラム缶の下には穴い平衡状態になるのです。ですから、例えばこの化があいていて、水はそこからサラサラと出て行くわ

学風化というのは、大気中の CO２レベルが大きく変けです【図１２】。ある条件、つまり出す水の量、も動するのを抑制する効果を持っています。少しは変しくは下の穴の大きさをコントロールしてやると、動しますが、増え始めるとブレーキをかける、減り

水面が一定で動かない状態が生まれます。遠くから始めてもブレーキをかける、というわけです。こう

見ていると、蛇口や穴が見えず、何も起こっていないう機能を負のフィードバックと言います。これはいで、水面が一定に保たれているように見えるので一つの代表例ですが、自然界にはこういうフィード

すが、実際は常に水が入って、出ていっている。つバックプロセスがたくさんあります。今日はご説明

まり、供給と消費のバランスが取れた所で水面の位する暇がないですが、正のフィードバックというの置が一定になるのです。そして、一定になった水面もあります。これはちょっと平衡からずれ始めたら、の位置は、循環する速度で決まっています。こうい

それを助長する、一気にバーッと変化させてしまう、

うのを動的平衡と言います。

というものです。話しを戻しますが、この負のフィードバックというのはある状態を安定させるのに、非常に重要な働きをします。ですから、岩石の化学風化というのは、CO２レベルの変動を抑える働きを持っているのです。
2-7 カーシュリンクの答えだけれど、そういう負のフィードバックにも限界があるわけです。具体的には化学風化が促進された
り、遅くなったりという化学反応も水溶液との反応で起こっているわけです。先ほど説明した負のフィードバック機構というのは、水の存在が前程になっ【図１２】ています。話を全球凍結に戻して考えると、全球凍結ということは、水が凍ってしまうということです

CO２に関して言えば、蛇口にあたるのが、先ほどから、温度が 0℃を切ったとたんに化学風化がパタッの地球の内部からガスが出てくる過程です。下の穴と止まるわけです。０℃よりも高い時は水があるかの出口は、先ほどの有機物とか石灰岩が埋没してどら化学風化は遅いながらも進行します。このことをんどんたまっていく過程です。この二つがバランスして大気中の CO２の濃度が決まっているのです。

先ほどご紹介したカーシュリンクさん―この写真で9

は結構真面目な顔をしていますが、もっと奇抜なす違う表現でご説明します。
【図１４】は、わたしの同

ごく面白い人なのですが―が答えを提案しました。

僚の田近さんという方が描いた図です。この方は、物質循環、炭素循環モデルの第 1 人者です。

【図１３】
【図１４】
どういうことかというと、何らかの理由で CO２が減少したとします。そうすると、やがて全球凍結に

図の横軸は、今度は大気中の CO２濃度（分圧）で陥ります。全球凍結に陥ると、化学風化が止まります。縦軸は、雪線の緯度と書いてありますが、緯度す。化学風化が止まるけれど、一方で火山ガスはどにして何度まで凍っているかということで、90 度とんどん出てきます。そうすると何が起こるかといういうのは極域だけ凍っているということです。緯度と、
大気中の CO２がどんどん上がってくるわけです。

で０度まで凍ると全球凍結になるわけです。今、仮

そして、あるしきい値まで達すると、いくら氷でアに無氷床状態からスタートするとします。温室効果

ルベドが高くなって太陽の光をほとんど反射するよがそこそこ効いていて、氷床がない状態です。そこ

うになっていたとしても、大気からの放射が増加すから、何らかの理由で CO２が一桁下がったとします。

るわけですから地表温度が上がり、やがて CO２によ何らかの理由については後でちょっとお話しますが、る温室効果が勝って、ついには凍結状態が解除されともかく下がったと。そうするとどうなるかというるというプロセスが起こったのではないかということ、無氷床状態の左端より更に左になるので無氷床とを、カーシュリンクさんは 1992 年の論文で書きま状態ではいられなくなり、次の安定状態に移る。一気に 60 度ぐらいまでは氷床が広がります。その後、した【図１３】。
実は、カーシュリンクさんの論文というのは原生

しばらくは部分氷床の存在可能領域に沿って氷床が代という地球の初期の環境のことの研究を集めたとどんどん広がっていくのだけど、その限界に達するても分厚い本の一部なのですが、そういう分厚い本と更に飛んで全球凍結になるというわけです。

というのはみんなあまり読まないですよね。ですか

問題はここから。全球凍結になった後です。今度ら彼がその論文を書いてからしばらくは誰もこの仮は化学風化が止まるので、その結果火山ガスの放出説を知らなかったのです。その論文を発掘したのが、によってどんどん大気中の CO２が上がってきます。

実はハーバード大のホフマンという人で、それがこの図でいくと三桁以上上がります。そして全球凍1998 年に今度は誰でも読むような「サイエンス」と結状態の限界まで達した時に一気に凍結が解除されいう有名な科学雑誌に出して、それで一気に全球凍て、無氷床状態まで戻る。つまり、行く道と帰り道

結という概念が有名になりました。だけど実は彼はが違う経路をとるのです。これを非線形というんで1992 年に仮説ですが答えを提唱していたというこ

すが、CO２の濃度と氷床がどこまで広がるかというとです。

関係が１対１ではないシステムです。

2-8 全球凍結と三つの安定状態

濃度によっては解が三つあるという事です。全球凍

ここで知っておいていただきたいのは、例えば CO ２
結の解と部分凍結の解と無氷床の解。あまり広い範
囲ではないのですが、ひとつの CO２濃度に対して、

繰り返しになりますが、今言ったことをちょっと

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地球を全球凍結の状態に置いたらその状態で安定、

2-9 生物進化と全球凍結

部分氷床状態に置いたらそれで安定。無氷床状態に置いたらまたそれで安定というふうに、安定状態が複数あるのです。それのどこにいるかということは、

全球凍結が何故起こったかということは、まだ良この経路をどうたどってきたかによっているというく分かっていません。やっと仮説が出はじめている

ことも、この図で分かります。

段階で、それらを証明できていません。だからここからの話は全部仮説です。ちなみにこの仮説を提唱しているのもカーシュリンクさんです。

女性：すごく素朴な質問なのですが、全球凍結して生物進化の研究結果に基づくと、大体 25 億年前あも火山はちゃんと活動できるのですか。

たりで、酸素を発生するタイプの光合成をする生物
火山というのは地球の内部の熱でマグマ（岩石がが出現するのです。そうすると、もしそれより前の溶けている状態）ができて、それが噴出する現象な大気が CO２大気ではなくてメタン大気だったら、そので、太陽光がみんな反射されてもその活動は変わこで一気にメタンが CO２に変わっていくと想像されらないです。

るのです。これによって、不可逆的に大気の組成がここまでの全球凍結の話で分からないところは？

変わる。CO２ももちろん温室効果ガスですが、メタよろしいですか？

ンのほうがもっと温室効果が強いのです。つまり、

この全球凍結の発見というのは非常に重要です。

メタン大気が消え、それが CO２大気に変わるという先ほど、地球の歴史の中で、大気中の CO２濃度は、ことは、温室効果が一段階レベルダウンするというあたかも神の手で導かれたように、海水の安定領域ことを意味します。それから、6～7 億年前についての上限と下限の境界にぶつからないように変化しては、このあたりでは多細胞生物が出現しています。

きたという話をしましたが、全球凍結から脱出できそれより前は単細胞生物しかいなかったのですが、るのであったら、下の境界にはぶつかってもよいとある程度の大きさを持った動物がぼちぼち出てきまいうことになります。先ほど話しました様に 23、４す。それが何で全球凍結に関係するかというと、今億年前に１回、６～７億年前にもう１回全球凍結に

度は有機物を最終的に固定する過程に関係するらし陥ったと考えられています。その際、多分【図１５】いのです。どういうことかというと、海の表面では、に示されるように脱出し、単に無氷床状態に戻るの

プランクトンが有機物を作るのですが、それは１つではなくてオーバーシュートして一時的に異常に暑１つが小さくて、そのままだと沈降速度が遅くて、

くなり、それからまた安定化していったと思われま

沈降している間にみんな酸化して分解されてしまいす。この図で、なぜ元に戻らないで前より低い CO２

ます。ところが現在は、結構堆積物の中に有機物が濃度にしているかというと、これは想像ですが、炭埋っているのです。それは何が原因かというと、プ素循環が、ある状態から別の状態に移ったからでは

ランクトンを食って糞をするやつがいるのです。そないかと考えています。

れは重り効果というんですが、プランクトンの死骸を集めて大きな糞粒にすることによって沈降速度を速めて、糞をするやつがいない場合の 100 倍とかもっと速い速度で海底に有機物を沈降させるのです。
多細胞動物の出現によって、そういう効果がでてきたのではないか。このあたりのことは、まだ分かっていませんので、ここだけの話にしていただきたいのですが。
ポイントは、これらの時代に何らかの炭素循環シ
ステムの不可逆的な変化があったのだろうと言うことです。それによって、全球凍結の前はより高い温室降下ガスのレベルで安定していたものが次の段階
ではそれより低いレベルで安定して、次の全球凍結【図１５】の後には一番低いレベルで安定するということが起こったのではないかということです。全球凍結の理
由はさておき、重要なのは、ここで説明したような

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メカニズムがあれば、下側の境界線にぶつかること

ないかということを、何回目か後にお話しようと思はあんまり気にしなくていい、元に戻れるというこっています。

となのです。それでも我々は多分ラッキーな生物でそれから、地球の気候には複数の安定状態が存在はあるのでしょうけども、最初の話ほど千に一つのすることが結構あるのですよ、というのも重要なポ偶然というわけではなくて、結構必然的に現在に至イントです。そして、その安定状態を保っているのっているのだということがこれで分かってきたのでは、実は負のフィードバックメカニズムであるのではないでしょうか。

すが、それについては、結構いろいろな研究がされていますが、全てが分かっているわけではないです。

３．まとめ

わたしたちのように、はるか過去の事を研究していると、一体そんな研究が何で近未来の予測に役立

今日のまとめです【図１６】。まとめというか、こう

つのかと、昔は陰口を叩かれまくっていましたけれ

いうことをお伝えしたかったということです。

ども、この頃そうでもないのです。それは、過去のことを探っていくと、我々が知らないフィードバッ
クメカニズムが見つかたりするのです。スノーボー
ルアースは一番劇的です。そういう例がいくつも出てきて、やっぱり昔のことを知るということは無駄じゃないということが分かってきたということです。
それから、あるところまでは安定化のメカニズムが働くけれども、しきい値を超えるとモードジャンプ（ある状態から次のところにパッと移る）ということが結構あり得るということです。これらが今日お伝えしたかったことになります。

■質疑応答

【図１６】

質問者：太陽が明るくなっているというのは、今もその一つ目は、地球の表面の温度というのは、放明るくなっているのでしょうか？

射平衡、入るエネルギーと出るエネルギーのバラン
スで決まっているということです。

多田先生：はい。今でも明るくなっています。ちょ

二つ目は、温室効果です。温室効果というのは大っと正確な数字は忘れましたが、10 億年ぐらいのス

気が太陽の光に対しては透明で、地表からの長波のケールで、地球はやがて大気中の CO２を全部なくし放射に対しては不透明だということに起因し、これても、それでも熱くなりすぎて、暴走温室効果といが温室効果を作り出しているということです。

うんですが、人間が住めない、火星みたいな星にな

三つ目というのは、地球のシステム、気候システ

るというふうに言われています。

ムでもいいですが、それには状態を安定させようとするメカニズムがある。だからある状態、ある変動

質問者：ちょっと心配ですね。

範囲ではわりに安定が保たれます。もう一つは、先ほどで言えば凍ってしまうということが起こった途

多田先生：そうですね、億年ぐらいの寿命があれば。

端にフィードバックでは安定が保てなくなって、次の別の安定状態にジャンプするという性質も持って

質問者：先ほどの全球凍結の場合には、戻る道があいるということです。全球凍結（スノーボールアー

るということですが、先ほどのグラフの中のこの幅スと英語で呼ばれますが）が地球の歴史の中でそのに入らなきゃいけないときに、上側に外れた場合と最も劇的な例ですが、それよりもちいさいスケール

いうのは何が起こって、戻ってくる道筋というのはでも、あるところまでは状態が安定なのが、次の瞬あるのでしょうか？

間にバッと別の状態に変わるということが、いろい
ろなところに見られます。だから、温暖化に関しても、実はそうした状態のジャンプが一番怖いのでは

多田先生：上側のほうは、多分今言ったことが起こ

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ってしまうのではないかと思いますので、戻る道筋の表面を覆うステージがあります。それが徐々に固は見つかっていないと思います。

まる過程で大気中に含まれている水蒸気が雨となって落ちてきて、それでできたのが海だというふうに

質問者：ということは、今までは起こったことがな

言われています。これは、わたくしの同僚の阿部豊いでしょうね。

さんが今から 20 年ぐらい前に「ネイチャー」に論文

多田先生：ということだと思います。さっきのお見を出しています。それは、今の基本的な考え方になせした図は対数グラフなので、実は現在の地球に至っています。ただし、最近はもう少し複雑なことがる過程でのいろいろなことは下の境界線の近くで起起こっているらしいということが分かりつつあるみ

こっているのだと思います。さっきの図では結構幅たいですが。

いっぱいに過去に辿ってきた線を書いていますけれ
ども、もう少し小さい範囲で下のほうに近いところ

質問者：最後の結論のところでずっとおっしゃって

で起こっていたのだと思います。

いただいたところです。地球の温度というのは放射平衡で決まりますと。それによって、全球凍結が起

質問者：以前に地球には元々水はなくて、水を持っこるから実際にはどれぐらいの濃度になるかというた大きな天体が地球にぶつかって、初めて地球にはのが決まるということだったのですが、そうすると水がもたらされたというような話を聞いていて、そ最初の式で出てきた反射率ですか？アルベドですか。

れが当時は通説だったような気がしていたんですが、その大きさというのが非常に重要になるかと思うの

今の先生のお話だと、やはりそういう考え方はあてですが、それは実際にはどうやって測定しているん

はまらないということなんでしょうか？

でしょうか。

多田先生：どの拙論をおっしゃっているのがちょっ

多田先生：現在は基本的に人工衛星によります。そと完全には分からないのですが、今日お話したのはのへんのところは今日の話でもあんまり明確にはし

44 億年、45 億年前のことではないのです。そこがポていませんが、実は測っているのは大気の外側からイントなのですが、地球がどうできたかというと、なんです。だからいろんな高度レベルで実は太陽光

基本的には太陽系ができる過程で微惑星のステージは反射しています。今日お話したのは地表付近を構があるのです。元々は太陽系というのはガスからで成するものだけについてですが、実はまだそれ以外

きている、それが徐々にチリが固まって、直系 10 キに雲があって、雲もできる高さで反射能が違うんでロとか 20 キロの小さな天体をつくるようになって、す。だから実際はもっと複雑です。ただ基本的にはそれが徐々に集合して地球や他の惑星になっていき

反射能というのは衛星観測によって行っているのがます。太陽系をつくるガスの中には当然揮発性成分、実態です。過去については、そういう意味では先ほ

水もありますし、CO２もあります。それを含んだ微

どの海がどのぐらいとか、陸がどのぐらいしか分か

惑星が地球をつくる過程でぶつかりながら塊を大きらないわけです。非常におおざっぱな話になる。全

くしていきます。その時に衝突脱ガスというのです

球凍結が分かりやすいのは、全部雪になれば 0.8 でが、衝突で高温になって、中にふくんでいた揮発性

そこそこ合っているだろうというそういう話なので成分を出します。地球ができる過程で、月よりも小す。それ以外の中間的な値が当然あったと思うし、さい状態だと、衝突によって脱ガスされた大気は引

それから植物が陸上に出てくる前と後で当然変わっ力で保たれないためにみな散逸して、逃げてしまい

たと思われるのですが、そのへんのところは証拠がます。出来かけの地球が月ぐらいの大きさになると、ないから、話としてはいくらでもできるけれども、引力が勝って大気を持つようになります。それを脱検証しようがないというのが実態です。だけど、ア

ガス大気といいます。そういう大気を地球は持ちな

ルベドは本当にそういう意味で重要です。

がら、数千万年ぐらいのタイムスケールで現在に近い状態に成長します。その時の脱ガス大気というの

質問者：0.3 がちょっと小さくなった 0.2 とか 0.25は非常に濃い温室効果ガスを含んでいて、それからとか、ちょっと変わっただけで、でもおっしゃって

隕石がぶつかる時に運動エネルギーを放出しますか

いただいたようなストーリーが。

ら、その結果地球の表面というのは溶けるのです。
それにより、マグマがどろどろに溶けた状態が地球

多田先生：変わります。地球温暖化の問題でももち13

ろん CO２がメインの温暖化の原因になっていますが、それ以外に例えば大気中のダスト、土ぼこりみたいな粒子、わたしがやっている黄砂もそうですが、それに最近結構影響が大きいと言われているのが、ブ
ラックカーボンといって、人為的に放出した煙り、すすです。すすが一番厄介で、実はすすというのは非常に細粒なために、長期間大気中に滞在できるのです、しかもブラックカーボンというぐらいだから熱を良く吸うわけです、実はそれが今結構大きな問題になっています。
以上

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