素朴な疑問：教えて！ エアロゾル

[hiroshi mizutani]

地球温暖化への温室効果ガスの影響について何かと議論があるようですが、もっと解らないのがエアロゾルです。丸で雲をつかむようです。

 

「大気汚染がひどかった時代はエアロゾルのせいで温室効果ガスの効果が相殺されていたのが、大気汚染がおさまってきたので温暖化が目立つようになった」といわれると「それって何？！」という気がします。

 

フォーラムの情報ピックアップや資料庫に、エアロゾルに関する最近の知見が出ていますが、結局、エアロゾルの色・大きさ（分布）・位置（高度）、雲形成などによって放射強制力は様々のようです。

 

これは、ジオエンジニアリングにとって大事な知見であり、更に探求されなければなりません。それはそうなのですが、こんな不確かな知識しかない現在、どうしても気になるのが、「二酸化炭素に集中している温暖化防止論議はどこまで有効なのか？」という疑問です。

 

さまざまな人や組織が、街の横丁から国際交渉にいたるまで、温暖化防止のために二酸化炭素の排出を減らす運動を進めています。そういった皆さんは、エアロゾルを、どのように位置づけているのでしょうか？

 

教えて欲しいです。

 

僕個人は、仮に温暖化とは無縁でも、二酸化炭素排出削減そのものに意義があると思っています。なので、温暖化防止だけを訴える二酸化炭素排出量削減には同調できません。

 

[水谷 広]

SCIENCEに「大気中二酸化炭素濃度と地表平均気温との関係見積もりが過大評価だったのでは」という論文が出ています：Climate Sensitivity Estimated from Temperature Reconstructions of the Last Glacial Maximum。

 

http://www.sciencemag.org/content/early/2011/11/22/science.1203513

(Published Online November 24 2011 DOI: 10.1126/science.1203513)

 

エアロゾルばかりでなく、一番詳しく知っている筈の二酸化炭素でさえも僕らの知識が充分でないことを示しているように思います。

[masudako]

二酸化炭素の効果に関しては別トピックにしました。

エーロゾルの件、どなたか説明してくださるかたはいらっしゃいませんか。
わたしには概論は書けますが、正確なところを調べる時間がとれそうもなく、
あやふやなことを書いて資料として使われてしまうことをおそれております。

[hiroshi mizutani]

二酸化炭素の気候感度の吟味は、別トピックが相応しいですネ。そちらを参照します。

 

それにしても、エアロゾル（正しい表記は「エーロゾル」ですか？）の温暖化への寄与について、どなたかの説明が欲しいですネ。「ここを参照しなさい」でも充分ＯＫですので、宜しくお願いします！

 

昨日から気候変動のＣＯＰ１７が開かれていますが、そもそもエアロゾルなどを不確かなままにして、二酸化炭素の抑制に集中して意味があるのかと思います。しかも、そうやって集中して１７回も開いているのに、減らすどころか最高記録を年々更新しているのだとすると、「正気じゃない！」と、つい言いたくなってしまいます。

 

排出権取引。ＣＣＳのクレジット対象化。ＲＥＤＤ＋も同様。こういったことも大事です。でも、これだけしかやっていなくても、自分や他人をだましていることにはならないのでしょうか？

 

 

[masudako]

エーロゾルが気候に及ぼす効果について、資料を調べる時間がとれなくてすみませんが、ひとまず記憶によって概論を述べます。

まず用語ですが、わたしは気象庁がIPCC報告書の日本語訳などで使っている表現に合わせて「エーロゾル」としています。これはドイツ語の発音から来ていると思います。もし英語によるならばaerosolは「エアロソル」としたほうがよいと思います。しかしJAXAを含めていろいろなところで「エアロゾル」という形が使われていますので、もしこのフォーラムで「エアロゾル」で統一したいということであればわたしも合わせてもかまいません。ひとまず「エーロゾル」のまま続けます。

エーロゾルは大気中に漂う液体や固体の微粒子です。空気よりは重い(密度が大きい)ので、地球の重力のもとで大気に対して落ちるのですが、粒子が小さいほど空気によく支えられて相対的落下が小さくなり、ほぼ空気といっしょに動きます。雲粒は液体の水滴か固体の氷の結晶ですから、雲も本来はエーロゾルなのですが、気象の文脈では雲は別扱いにしてそれ以外をエーロゾルというのがふつうです。

エーロゾルの気候に及ぼす効果は、太陽放射(可視光・近赤外線)に対する働き、地球放射(熱赤外線)に対する働き、雲の凝結核としての働き、そのほかがあります。

太陽放射については、エーロゾルは、一部を散乱し一部を吸収します。白いエーロゾルはおもに散乱し、黒いエーロゾルはおもに吸収します。散乱は光のエネルギーを変えませんがその向きを変えます。したがってその一部は入射と反対向きの反射になります。白いエーロゾルが多いと、地表に達する直達日射(太陽がまぶしい)は減り、散乱日射(空が明るい)はふえますが、合計の全天日射はいくらか減ります。大気のエネルギー吸収はほとんど変わらないので、大気を含めた地球が吸収するエネルギーは減ります。黒いエーロゾルが多いと、大気が受け取るエネルギーは多くなり、地表に達するエネルギーは少なくなります。合計ではあまり変わらないでしょう。(ただし「そのほか」の効果ですが、雪氷の上に黒いエーロゾルが落ちると地表が吸収する太陽エネルギーがふえるので地球が受け取るエネルギーがふえることになるでしょう。)

地球放射については、エーロゾルは、吸収し、また射出します。黒体に近いとみなせることが多いです。気体ではありませんが、エーロゾルも温室効果物質なのです。なお、ここまでは、雲も白いエーロゾルの一種とみなしてかまいません。

雲粒ができる際には、エーロゾルの粒子が凝結核となります。凝結核となるエーロゾルの粒子は、大きさが数十ナノメートルのもので、種類もなんでもよいわけではありませんが、自然環境では核となる粒子は必ずあると思ってよいようです。しかし核となる粒子が多い場合と少ない場合があります。同じ水の量でも、核となる粒子が多いと、雲粒は小さいものがたくさんできるでしょう。そうすると、太陽光を反射する能力が高くなります。(地球温暖化の科学の専門家はこれをエーロゾルの第1種間接効果と言っています。) また、雲粒が大気中にとどまる寿命が長くなり、これも太陽光の反射をふやすほうに働くでしょう。(これを第2種間接効果と言っています。)

エーロゾルの物質はいろいろありますが、主なものとして硫酸、海塩、土壌・岩石粒子、すす(black carbon)、有機物があげられます。

硫酸と書きましたが英語ではsulfatesで、硫酸液滴と硫酸アンモニウムなどの硫酸塩の結晶を含みます。火山起源と人間活動起源のものがあり、多くは二酸化硫黄として放出されて大気中で酸化したものです。火山起源で全球規模の気候に効くのは、成層圏まで上がったもので、とくに熱帯で放出された場合に全球規模に影響が及びます。人間活動起源のものはおもに対流圏内で、地域的ですが、排出が継続しているところでは気候に効きます。これは白いエーロゾルで、その効果は太陽放射反射と温室効果で、正味で太陽光反射のほうが強いのがふつうです。

海塩は海水のしぶきから水が蒸発して塩化ナトリウムなどの結晶が残ったもので、自然起源で、白いエーロゾルです。

土壌・岩石粒子はおもに風で陸面からまきあげられたもので、中国の黄砂や、サハラ砂漠から貿易風で大西洋に広がる砂塵が代表的なものです。自然にも生じますが、土地利用改変によってふえていることがあります。白・黒の中間です。

すすは燃焼によって生じ、自然にも生じますが、人間活動によってふえています。黒いエーロゾルです。

有機物はいろいろなものがありますが、人間活動が少ないアマゾンやシベリアなどの観測で見られる自然起源のものは、植物から気体として出てくるテルペンやイソプレンなどが凝結したものだそうで、これはどちらかといえば白いエーロゾルです。

[masudako]

エーロゾルの効果でいちばん研究が進んでいるのは硫酸で、その働きは定性的にはよくわかっていますが、とくに人為的大気汚染起源のものは時空間分布が複雑なので、効果の数量がよくわかっていません。

ともかく、20世紀の気候の再現シミュレーションの研究によれば、全球平均で見て、化石燃料起源の硫酸エーロゾルが太陽放射を反射することによる寒冷化が、化石燃料起源の二酸化炭素をはじめとする人為起源の温室効果気体による温暖化を、部分的に打ち消していることは確かです。

もし、硫酸による寒冷化が再現シミュレーションで想定されたよりも実際には強かったならば、温室効果気体による温暖化もシミュレーションで想定されたよりも強くないとつじつまが合いません。つまり、温室効果気体濃度に対する気候システムの感度が、従来のシミュレーションモデルよりも現実のほうが高いはずだということになります。ただし、二酸化炭素の直接の効果と、水蒸気のフィードバックは、モデルの変更の余地が少ないので、雲の効果が従来考えられていたよりも強い正のフィードバックとなっているにちがいないです。「もし」の前提が逆ならば帰結も逆になります。

[水谷 広]

masudakoさん、投稿感謝。

 

勉強になりました。（大分、時間が掛かりましたが．．．。）

 

以下、以前の僕の考えの繰り返しになりますが、エアロゾル（alias：エーロゾル）も温暖化対策の対象にしなくては片手落ちだという論を記します。

 

何しろ誰もが気付くくらいに目の前で温暖化が進行しはじめたものですから、大した根拠も無く、その解決を目指して「人為による温室効果ガス排出の低減」に取り組んできたのも仕方なかったと思います。そう認めた上でなのですが、今や、「二酸化炭素ＸＸ％削減」を唯一の温暖化抑制目標にするのは止めるときではないでしょうか。

 

エアロゾルが、地球の気温を決めるのに重要な役割を果たすことが明らかになりつつあるように思います。「情報ピックアップ」に掲載されているものだけでも、たとえば、２０１２．１．８には「温暖化対策には温室効果ガスだけ見ているのでは足りない。他にも人為起源のもの、すなわちエアロゾル、がある」という論文。２０１１．１１．２４には「炭素強度の低い天然ガスの方が石炭よりも温暖化への寄与が小さいと思われるのに、石炭燃焼時に出るエアロゾルによる冷却効果と天然ガスの採取時に起きるメタン漏れとで、石炭火力発電を天然ガスに替えても温暖化に対する効果がない」という結果が紹介されています。

 

ここで、エアロゾルが重要だとして、次に厄介なのは、エアロゾルの働きが一筋縄ではいかないことです。（と言うか、いかないということが次々と解ってきている現状では無闇な即断ができないことです）

 

エアロゾルの物理的な性状（特に色と径）、その大気中での位置（高度）、それが雲粒を形成するのに係わるか否か、そうしてつくられた雲がどのような性質をもつか（エアロゾルの間接効果）、などが温室効果に対してもっている重要性は解ってきたものの、その詳細はmasudakoさんの解説にもあるように解明されてはいないようです。

 

それでも、現在「画像なう」のトップにある図は、何故、以前に「氷河期本」が売れていたのかを振り返ったものです。これが示しているのは、温室効果ガスと同程度の影響をエアロゾルが持っているということでしょう。masudakoさんの記述では、「ともかく、20世紀の気候の再現シミュレーションの研究によれば、全球平均で見て、化石燃料起源の硫酸エーロゾルが太陽放射を反射することによる寒冷化が、化石燃料起源の二酸化炭素をはじめとする人為起源の温室効果気体による温暖化を、部分的に打ち消していることは確かです。」とありますネ。

 

昨年の１２月２８日の情報ピックアップでは、「火山から噴出する硫黄が周辺の湿地でのメタン発生を抑制する」というエアロゾルの２次的効果に関連する記事も紹介されています。

 

温室効果ガスの人為による排出を削減するだけに注力することは、ソロソロ見直しが必要なのではないでしょうか？

 

 

[水谷 広]

「他人の褌で相撲をとる」ではないですが、13日投稿の僕の末尾にありました「温室効果ガスの人為による排出を削減するだけに注力することは、ソロソロ見直しが必要なのではないでしょうか？」について、（途中の議論に異論はあるものの）同じ結論を言っている記事を見つけましたので、御紹介します（http://news.yahoo.com/scientists-cut-soot-methane-curb-warming-190656506.html）。こちらの日付は12日です。

 

 

[水谷 広]

「温室効果ガスの人為による排出を削減するだけに注力することは、ソロソロ見直しが必要なのではないでしょうか？」に関連する議論がトピック「ジオエンジニアリング一石四鳥の論文は本当か？－オープン・レビューのすすめ」で行われています。

黒色炭素をふくむ大気中への廃棄物放出について、その温室効果だけでなく、大気汚染や人間健康・経済効果を見積もった研究。そして、それを根拠に、即効性がある温暖化防止策を提案しているアメリカ国務省の動きなどが最新情報です。

 

[hiroshi mizutani]

　引き続き、「温室効果ガスの人為による排出を削減するだけに注力することは、ソロソロ見直しが必要なのではないでしょうか？」という筋の話です。

　マスコミなどを見ても相変わらず殆ど議論がないようなので、習いたての知識を振り回す破廉恥を覚悟で投稿します。

　４月２４日付の情報ピックアップに、エアロゾルが２０世紀の気候変動を決めた主因の一つだったという論文が紹介されています（Ben B. B. Booth, et al., Aerosols implicated as a prime driver of twentieth-century North Atlantic climate variability, Nature (2012) doi:10.1038/nature10946 Published online 04 April 2012）。それによると、（温室効果ガスではなく）エアロゾルと火山活動とで過去１５０年間の北大西洋の表面海水温度の長期変動をかなり説明できるとのことです。

　また、２８日付の情報ピックアップでは、米国の東半分の地域では、大気汚染防止法が施行されエアロゾルの排出が規制されるようになるまで温暖化の進行がマスクされていたという報告がでています（http://www.atmos-chem-phys.net/12/3349/2012/acp-12-3349-2012.html）。

　これらの例にみられるように、エアロゾルの重要性が、最近になって良く解かってきたように思われます。これは、温暖化議論の初期にはなかった認識ではないでしょうか。ギャラリーの３月５日展示の図や同じくギャラリーにあるMitchell (1972)の図もそれを示しています。

　だとしたら、本当に温暖化を何とかしなければならない問題と考えるなら、知見が限られていた時に定まった京都議定書の６ガス（二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、ハイドロフルオロカーボン類、パーフルオロカーボン類、六フッ化硫黄）に拘ることなく、エアロゾルや黒色炭素、さらには雲凝結核となりうる粒子も温暖化対策の対象にすべきと考えます。

　American National Standards Instituteでは、タイプⅢ環境ラベルの規格で黒色炭素を温室効果ガスと並列しようとしています（http://www.leonardoacademy.org/services/standards/life-cycle.html）。そうなると、地表が雪で覆われている時期に枝木を燃やさないようにしてアルベドを無暗に低下させない森林管理の工夫が、いずれ二酸化炭素排出削減と同等に扱われる（換算される）ようになるでしょう。

　エアロゾルはその種類によって、温暖化にプラスにもマイナスにも作用するようです。そういった知見が、気候変動枠組み条約など温暖化防止・抑制へ向けた枠組つくりにどの位生かされているのでしょうか？

　余り聞かないように感じられるのです。お詳しい方からの情報を期待しています。

[hiroshi mizutani]

引き続き、「温室効果ガスの人為による排出を削減するだけに注力することは、ソロソロ見直しが必要なのではないでしょうか？」という筋の話です。

 

80年も埋もれていたグリーンランド東南部の写真が発見され、これと第二次大戦以後の航空・衛星写真との解析から、これまでの氷河の消長史が解ったという報告が出ています（http://www.nature.com/ngeo/journal/v5/n6/full/ngeo1481.html）。

 

この報告で特に興味深いのは、1930年代も氷河の融解が激しかったことです。その後、20世紀半ばの新氷河形成の時期を挟んで、２１世紀に再び融解が加速しているのだそうです。

 

この推移の原因を、著者はエアロゾルに求めています。すなわち、先進国から排出されるエアロゾルによって、２０世紀半ばには氷河の融解にブレーキが掛かっていたというのです。

 

これに呼応するのが、先の投稿で申し上げた「米国の東半分の地域では、大気汚染防止法が施行されエアロゾルの排出が規制されるようになるまで温暖化の進行がマスクされていたという報告です。このアメリカ産エアロゾルの世界規模冷却図は作品番号５５と６１としてフォーラムのギャラリーに展示中です（http://geoeng.brs.nihon-u.ac.jp/gallery.html）。

 

こうやってエアロゾルについて知れば知るほど、２０年前の「人間による二酸化炭素排出を抑制すれば温暖化はおさえられる」という話は最早神話になっていると思うのです。違うのでしょうか？

 

僕の感じが方向だけでも違っていないとしたら、何故、関連することを専門としている方が沈黙し、その結果、政策実行者が政策を変えず、学校では今でも子供たちに神話を教えているのかがとても不思議でなりません。

 

僕の論法のどこら辺りがとんでもなく間違っているのか教えてください。