2017年6月3日土曜日

トランプ大統領のパリ協定離脱表明について:二酸化炭素と地球温暖化は関係あるのか?

パリ協定が崩壊すれば長期的に環境に壊滅的な影響を生じると環境活動家たちは言うだろう。パリ協定は地球温暖化の原因が空気中二酸化炭素濃度の増加であるとする仮説を基礎におく。しかし、その科学的根拠はないと3年前に指摘した。http://rcbyspinmanipulation.blogspot.jp/2014/08/blog-post_26.html

つまり、二酸化炭素濃度増の大気温度に対する影響は比較的小さいと思うのである。トランプ米国大統領は本音の政治を目指しており、まやかしの協定からは離脱すると言っているにすぎない。今朝の読売新聞一面の記事も中京テレビのウエイクも、トランプ大統領をヒステリックに非難している様だが、どこかよその利益を代表するマスコミ(米国のこれまでの支配層)なのだろう。

今回は、このCO2濃度増加による地球温暖化説を再度検証する。3年前の記事と同じ内容だが、別の観点から再度要点をまとめて独立した記事とする。

図(1)は米国物理学会のサイトから採った図である。太陽から来たエネルギーがどの程度地表に届き、反射され、吸収されるか。そして、地表に吸収されたエネルギーがどのようなプロセスで宇宙に逃げていくか、それらのエネルギー収支を示したものである。

図(1)https://www.aps.org/units/fps/newsletters/200904/trenberth.cfm

太陽からくるエネルギーは、紫外線、可視光線、そして赤外線と幅広い範囲の電磁波で地球に降り注ぐ。そのエネルギーの流れは341.3 W/m^2(1平方メートル当たり341.3ワット)である。(補足1)そのうち、地球表面で吸収されるのは161W/m^2であり、雲など空中から反射されるのが79 W/m^2、地表で反射されるのが23 W/m^2、大気により78W/m^2吸収される。

地表で熱に変わった太陽エネルギーは赤外線の形で大気中に放射されるが(補足2)、その大部分は空中から逆反射される。この吸収と逆放射に寄与するのは、空中のマイナーな成分分子、水分子、メタン分子、それにCO2, 酸化窒素など様々な分子である。(補足3)

地上の熱は他に、直接大気を温め(17W/m^2)たり、水分を蒸発させる(80 W/m^2)のに使われる。これらの熱は対流及び雲の発生により上空に運ばれる。結局、赤外線として宇宙に放出されるのは、239 W/m^2であり、放出される熱(赤外線)と反射される太陽光(全ての波長範囲)のエネルギーの合計は入射太陽光のエネルギーに等しくなる。

地表からの赤外線の内、大気の窓と呼ばれる波長領域(15ミクロン付近)は直接宇宙に放出される。その量は、40 W/m^2(地球からの赤外放射の16%)であり、大きくない。ここに赤外吸収を持つのは水蒸気や二酸化炭素だが、二酸化炭素の増加がこの窓を閉じるのではないかというのが、地球温暖化問題として話題になる部分である。しかし、二酸化炭素の消費がどの程度空気中の二酸化炭素濃度を増加させ(補足4)、更にその増加がどの程度気温に影響するかについて、未だに十分議論されていないと思う。

そこで既存のデータから少し考えてみたい。図(2)は気象庁の発表データから取った二酸化炭素の空中濃度(1987-2017)と札幌及び東京の気温(1877-2015)の経年変化である。水平矢印線は、それぞれの横軸の関係を示している。この140年間で東京では3度程、札幌では2度程夏の気温が上昇しているようである。両地で気温上昇に違いがあることから、この気温上昇のかなりの部分が二酸化炭素濃度の上昇の結果でないことが分かる。
図(2)空気中の二酸化炭素濃度及び東京と札幌の気温変化

この30年間のCO2濃度変化は、ほぼ直線的に350ppmから410ppmまで増加しているが、その間の温度変化は東京でも札幌でもおよそ1度位だろう。この温度上昇も化石燃料等の消費による二酸化炭素の増加によるかどうか、極めてあやしいことが世界の化石燃料の消費データと比較すると分かる。つまり、温度上昇が空気中二酸化炭素増の原因かもしれないのだ。
図(3)http://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper/2013html/1-1-1.html

図(3)は資源エネルギー庁が発表している世界のエネルギー消費量の経年変化である。これによると、1960年ころから化石燃料の消費が急増し、現在もほぼ直線的に増加している。気温変化のグラフの左端である1876年では、現在と比較して化石燃料の消費量は殆ど無視できる程度であるが、このような折れ線グラフの片鱗も図(2)の気温変化には見られない。

化石燃料の消費増加量に比例して二酸化炭素濃度が増加するのなら、1960年から現在までに世界の気温は3度程度上昇する筈だが、図(2)からはそのような変化は読み取れない。札幌と東京の気温変化の違いは、ほとんど都市化の差によるものだと考えられる。全くの田園地区で気温変化をとると、札幌の変化よりも更に小さいのである。(http://rcbyspinmanipulation.blogspot.jp/2014/08/blog-post_26.html

図(1)のエネルギー収支の概算では、大気の窓領域での地球からの熱放射が16%程あるとなっていたが、そこへの二酸化炭素の影響を考える上で参考になる図が公表されている。それが図(4)である。この図の左右の関係(左は入射、右は放射)は図(1)の左右の関係と同じである。
図(4)https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atmospheric_Transmission.png

図(4)の一番上に示された地球からの赤外線放出スペクトルで、CO2に関係のある部分(波長15ミクロン付近)は、水蒸気の赤外吸収の端と重なっておりすでに影響は飽和している。つまり、これ以上のCO2濃度増はそれほど大きな影響がないことを暗示している。

結論として、気温変化に大きく影響するのは、大気中の水蒸気濃度と雲の量である。雲の量は、図(1)の太陽光の反射の割合に大きく影響する。つまり、曇の日は夏でも涼しいのである。一方、大気中水蒸気量が増加すれば、図(4)の大気からの赤外線放射のピークを低くし(同図の三段目の水の赤外吸収の谷底が持ち上がる)、気温が上昇するだろう。そして、雲が雨を降らせることで、空気中の湿度の調整をしている。

その雲の量に影響するのが、太陽からの放射線量である。放射線による地球大気のイオン化は、雲を作る核となるからである。以上の雲と水蒸気のことに言及しないで、二酸化炭素濃度ばかり強調するのは非科学的政治的プロパガンダである。

科学的根拠のない協定は、政治的にずる賢く振る舞う国に利益をもたらし、外交下手の国には不利益を生じる。パリ協定などの二酸化炭素と地球温暖化を結びつけて、化石燃料の消費を制限しようというのは、別のいろんな思惑があって提案されたのだと思う。

補足:
1)地球表面が受ける太陽エネルギーの単位面積あたりの平均値は、太陽光に垂直な単位面積の平面が受ける一秒あたりのエネルギーの1/4である。(1/4は地球の断面積÷地球の表面積)
2)黒体輻射の法則の近似を用いていると思われる。
3)酸素や窒素のように同じ原子からなる2原子分子は赤外線を吸収しない。
4)二酸化炭素は親水性分子であり、海中によく溶ける。カルシウムイオンがあれば炭酸カルシウムとして沈殿するだろう。気温上昇と空中の二酸化炭素濃度上昇がこの数十年間のデータから相関があると言っても、気温上昇が原因で二酸化炭素濃度増加がその結果かもしれない。つまり、海中や地中からのCO2の放出である。パリ協定などの提出根拠は、十分科学的ではないのだ。

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