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南半球では、季節が北半球と6か月ずれていますから、大気中の二酸化炭素量の季節変化は、北半球と逆で2〜3月に少なく、〜1月に多くなっています。
南極では季節変化の大きさは、北極付近の約分の1です。
このような南北両半球の差異の原因は、北半球には、南半球に比べて広い陸地があり、より多くの植物が存在していて、植物の生活活動が南半球に比べてはるかに活発だからです。
1957年から始まったマウナ.ロアでの二酸化炭素のデータが、学会誌に発表されたのは1960年代半ばでしたが、このデータで特に注目されたのは、二酸化炭素が年々明らかに増加していることでした。
その後、同様な年々の増加は、スウェーデンの学者が行った航空機観測でも、また南極での観測データでも認められました。
従って、地球規模で、大気中の二酸化炭素が増えつつあることは確かなことだと認められました。
大気中の二酸化炭素量は、今世紀半ばに連続的な精密観測が始まったのですが、それ以前はどのような状況だったのでしょうか。
8世紀半ばの産業革命以後の大気中の二酸化炭素の変化は、グリーンランドや南極の氷の中に閉じ込められている昔の空気の分析によって分かっています。
大気中の二酸化炭素は、8世紀半ばに約280ＰＰＭでした。
約百5年後の1920年代には300ＰＰＭに増えました。
それ以後、加速度的に増加して、わずか7年間に50ＰＰＭも増えて、最近では350ＰＰＭを越えています。
最近の二酸化炭素を増加させている主な原因は、人類が石炭や石油などの化石燃料を大量に消費していることです。
化石燃料の消費の始まったのは8世紀の半ばですが、そのころから二酸化炭素が増加し始めたことが、51に示されています。
また、第2次世界大戦後の工業活動の活発化と同時に二酸化炭素の増加率も一層大きくなりました。
このような状況も、二酸化炭素の増加をもたらした主な原因は、化石燃料の消費であることを示しています。
世界各地で観測された二酸化炭素の量を調べますと、南半球に比べて北半球での二酸化炭素の量が明らかに多いのです。
南半球に比べて北半球では化石燃料の消費が盛んで、大気への二酸化炭素の放出が南半球よりも多いことを意味しています。
年前以後の第4紀と呼ばれる期間には、寒冷な「氷期」と温暖な「間氷期」とが度々交替して起こりました。
その際に、二酸化炭素量が大きく変化した様子が、南極の東半球にある旧ソ連のポストーク基地（南緯78.5度、海抜高度約3500メートル）で採取された氷のコア氷のコアの深い部分には昔に降った雪があり、その上に新しい時代の雪が順々に降り積もっていますので、コアの深いところから浅い方へ、時代の進んできた状況が残されています。
積雪の中には、雪として降った時代の空気が気泡として閉じ込められていますので、深く積もった積雪を氷のコアとして掘り出して調べると、昔の空気の性質を知ることができます。
これらの氷期や間氷期に、大気中の二酸化炭素の量がどのように変わったのでしょうか。
人間活動が関与しないこの時期の自然現象の中で、二酸化炭素がどのように変化してきたかを調べることは、地球の将来を考えるためにも大変参考になります。
1980年に南極のポストーク観測基地で旧ソ連の科学者が、約2000メートルに及ぶ深さから氷のコアの採取に成功しました。
2000メートルの深さの氷は、約6万年前に降った雪ですから、調べると、6万年前以後の状況が分かります。
フランスの氷河.環境物理学研究所のクロード.ロリアス教授をリーダーとするフランスの科学者が、旧ソ連の科学者と協力してこの貴重な氷のコアの分析を進めました。
長さが2000メートルの氷のコアの各部分の気泡を分析して、それに含まれている二酸化炭素の量を求めますと、それぞれの時代の二酸化炭素量が分かります。
1方、温度の変遷を知るために、水素の「同位体」の分析が行なわれました。
同じ元素でも質量の異なるものが数種類あり、これらは同位体と呼ばれています。
水素には、原子量が1の通常のものの他に、原子量が2の「重水素」と呼ばれるものがあります。
自然界に存在する水素の約99.99％は原子量が1の水素原子で、重水素はごくわずかの約0.01％だけ含まれています。
原子量が1の水素の量に対して、原子量が2の水素同位体「重水素」が共存している比率が「水素2の同位体比」です。
氷は酸素と水素が化合した水ですから、氷に複数の同位体がどのような割合で含まれているかを調べて「同位体比」を求めると、温度が何度くらいであったかが分るのです。
その根拠は次のような事実です。
南極に降る雪は、もともと海面から蒸発した水蒸気が、雪となったものです。
海水が蒸発するとき、原子量の大きい同位体は、原子量の小さいものに比べて蒸発しにくいのです。
そのために、海水が蒸発する際、温度の低い場合には、原子量の大きい同位体を含む水分は一層少なくなります。
温度の高い場合には、原子量の大きい同位体が比較的多くなります。
従って、原子量の大きい同位体を多く含む氷は、その水分が海から蒸発したときの温度は高かったと考えてよいのです。
重水素の同位体比が、このように温度と密接に関係していることは、樹木についても確かめられています。
過去約6万年の間、1番温暖な時期と寒冷なときの温度差は約21℃です。
このような温度の変化に対応して、二酸化炭素もよく似た変化を示しています。
高温の間氷期には約280ＰＰＭの多量の二酸化炭素がありましたが、低温の氷期には少なくなって190〜240ＰＰＭでした。
その最大の差は約90ＰＰＭです。
それでは、二酸化炭素の量が、氷期には少なく間氷期には多くなるように変化したのはなぜでしょうか。
その原因としてまず思いつくのは海水の温度変化です。
温度の高い海水が二酸化炭素を溶かしこむ量は、低温の海水に比べて少ないのです。
そのために、温暖な間氷期が始まって海水の温度が高くなると、今まで海水に溶けていた二酸化炭素が空気中に排出されるので、大気中の二酸化炭素が増えます。
1方、寒冷な氷期には、空気中の多くの二酸化炭素が海水に溶け込むので、大気中の二酸化炭素濃度が減少することとなります。
このような海水温の変化が氷期と間氷期の二酸化炭素を変化させたという説を、単氷期の変化を描き出しています。
6万年間の気温データを見ますと、約4万年前に寒冷な氷期が終わって温暖な間氷期になりましたが、この間氷期は約3万年続いて1万年前に終わったことが分かります。
その後、最終氷期が始まり約万年間続きました。
この氷期は現在から約1万年前に幕を閉じ、地球は後氷期を迎えて、現在に至った状況がはっきりと示されてぃ純に受け入れることはできません。
次のような理由からです。
氷期と間氷期の間に、海水温度は約12℃の範囲で変化しました。
この程度の海水温の変化によって、引き起こされる二酸化炭素の変化量は、せいぜい、10ＰＰＭ程度であって、実際に起こった約90ＰＰＭに及ぶ変化を説明できないのです。
そのために、海中のプランクトンなどの生物の役割を取り入れるべきだとの考えが発表されたりされていますが、確かな答えはまだ得られていません。
過去6万年の問に氷期や間氷期が交互に起こりましたが、その問に二酸化炭素の量も変化しました。
その変化範囲は最大90ＰＰＭに達しましたが、この変化には1万年程度の長い時間が必要でした。
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