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   「温暖化はでっち上げだ」トランプ大統領
     反論できる知識はいつ習うのか 07.16.2017

               
   



 前回にもちょっと触れたのですが、「トランプ大統領パリ協定離脱」06.03.2017で、次のような記述をしていました。

A君の発言「温暖化がでっち上げでないことの証明は簡単」だけいきますか。それに必要な、最小限必要な知識は。。。。以下省略

 本文にその内容を再掲しますので、お読みいただきたいのですが、実は、それぞれの項目を一般的な中等高等教育でいつ学習することができるのか、をチェックしていなかったのです。

 その過程で、想定外のことがいくつか発見されました。例えば、「地学基礎」「地学」を高校で履修していないと、地球温暖化の知識は得られないということです。

 高校理科の現状については、この記事が参考になると思います。
https://news.yahoo.co.jp/byline/hidehikoagata/20140119-00031764/ 

 「2012年からの新学習指導要領下で、多くの高校が化学基礎と生物基礎を必修とし、物理基礎か地学基礎を選択必修するようになった」。

 その結果、それまで1割以下の生徒しか地学を履修しなかった状況が、「地学基礎」を3割の高校生が履修するようになった。これは、状況が改善されたようにも思えます。

 それ以外の科目については、化学基礎と生物基礎をほとんどの高校生が履修し、物理基礎か地学基礎を3つ目の科目として履修するが、物理基礎:地学基礎は7:3というのが履修状況の全貌です。

 しかし、ちょっと待てよ。もともと物理と地学の両方を履修しないと、地球温暖化の本当の理解はできないのではなかったか。上記の状況から判断すると、その割合は、ゼロだということを意味するのではないか。



C先生:という事態であることが分かった。トランプ大統領が「温暖化はでっち上げだ」と叫んでも、それに対してすぐ反論できる高校生はゼロということになる。 ところで、大学生だとどうなのだろう。

B君:その問への答えですが、まず、文系・理系の大学生の内訳は、こんな具合。
http://www.mext.go.jp/b_menu/toukei/002/002b/1349641.htm

平成25年の文科省データ
 大学生総数 256.2万人
 人文科学   37.7万人
 社会科学   84.8万人
 理学      8.0万人
 工学     39.0万人
 農学      7.6万人
 医学・歯学   6.9万人
 保健その他  22.5万人
 家政      7.1万人
 教育     18.4万人
 芸術      7.0万人
 その他    17.1万人

A君:1960年の大学入学者は約60万人で、現在までで約4倍増という状況ですが、学科による増減を見てみましょうか。こんな風になります。

1960年と2013年の学生数の増加割合
 大学生総数   4.26倍
 人文科学    4.84倍
 社会科学    3.29倍
 理学      4.97倍
 工学      4.21倍
 農学      2.70倍
 医学・歯学   2.95倍
 保健その他  17.87倍
 家政      8.69倍
 教育      2.91倍
 芸術      7.52倍
 その他    15.56倍

B君:農学部と教育学部の学生数が減っているのは、理解できるが、医学・歯学が増えていないのは、ある種の利権確保のためだろう。その変わり、保健その他ということで、大量に人材育成をしているが、いずれも、所得は余り高くはない。

A君:その他は、それこそ、あらゆる学部が創設されました。環境関連学部もその一つのジャンルですが。あと増えているのが、芸術学部と家政学部。これは、女性の大学進学率が増加したためではなでしょうか。

B君:その他の内、環境関係の人数がどのぐらいあるのか、それは不明だ。環境系の教授の総数は増えているようには思うので、恐らく学生数も増えているのだろう。しかし、だからといって、「温暖化はでっちあげだ」に反論できるのに充分な知識を持っているか、それはかなり疑問。やはり、大学生の内でも、自信をもってトランプ発言に挑める学生の割合は、5%未満だと思うね。

A君:まあ、そんなものだと思うかどうか。そのために、どのぐらいの知識が必要かを列挙したものを、前に出したものと同じなのですが、今回、さらに詳しく記述したものを再掲します(細かいことを言えば、この記述でもまだ半分ぐらい)。

 「温暖化はでっち上げ」に反論をするために必要な、最小限必要な知識は、
1.地球温暖化の熱源は、99.97%が太陽光である。その他の地球上で他の起源による発熱量は、地熱が0.025%、潮汐によるものが0.002%、化石燃料の燃焼が0.007%なので、ほぼ無視できる。
2.温室効果ガスとは、赤外線を吸収するガスである。太陽光は可視光部分が強い光であり、温室効果ガス(水やCO2)があってもそれらをほぼ透過する。
3.可視光を主とする光として入射された太陽熱は、地球が地表から出す赤外線として地球から宇宙に再放出される。
4.太陽熱の出入りと温度との関係は、以下の通りの原則が成立する。
(a)熱の入射量と放出量が等しければ、地球の温度は一定に保たれる。
(b)もし、入射量>放出量なら、地球には熱(エネルギー)が蓄積され、地表の温度が入射量=放出量になるまで上昇する(=温暖化)。
(c)もし、入射量<放出量なら、地球の温度が低下するが、これの状態は、それまで土であったところが、雪で覆われることで起きる可能性があり、実際にその条件を満たせば氷河期に向かう。
5.CO2などが大気中に存在すれば、大気中のCO2ガス分子が地表から放出される赤外線の一部を吸収し、再放出する。ガス分子から再放出される赤外線は、全方向に均等に放出されるので、放出量の約半分は、地球に戻るため、熱の入射量>放出量という条件が成立し、温暖化する。


B君:この再検討から行くことになるが、次の千葉大学の高村先生のpdfファイルが大変に参考になる。
http://www.cr.chiba-u.jp/edu/2003/takamura1.pdf

A君:なるほど。これがほぼ完全な解のようですね。しかし、このすべてを理解するには、やはり、物理・地学を学習していないと無理なのでは。さらに、新しい情報も加えないと。

B君:と言う結論にしてしまったら、敗北宣言のようなものなので、我々なりに、新しいパワポを作って、その方式で説明してみよう。
 最新の図としては、NASAによる次のものを採用だ。
https://science-edu.larc.nasa.gov/energy_budget/pdf/ENERGY_BUDGET_Back_Page2-WEB-2014.pdf
 
 今回は、この課題についての、若干の情報を提供してみます。

 今回は、プレゼンテーションを対象としていないPPTファイルを作成しました。

 果たして、有効に機能するのかどうか、いささか疑問ですが。
 まずは、温暖化の基本は何か、という話です。温暖化、すなわち、温度の話ですので、熱がどのように移動しているか、それによって、温度が変わる訳ですから、熱伝達ということがもっとも基本的な概念だということになります。

 熱伝達という概念、すなわち、熱はどうやって伝達するのか、ということについては、中学でも習っているようです。

 伝導、放射、対流という習い方のようです。

 これらのうち、伝導は、固体が熱を運ぶ話ですので、厳密に言えば無いとは言えないのですが、主として空気の話を考えているわけですから、まあ、出てこないと言ってよいと思います。

 残りの2種、対流と放射は、重要です。放射の方が圧倒的に量が多いので、重要度は高いと言えるでしょう。

 地球の熱源は、多少、地熱とか月の引力が関係する部分もないとは言えないのですが、圧倒的に、太陽の影響が大きい訳です。

 太陽は核融合でエネルギーを作っているということは、恒星とは何か、という常識でしょう。表面温度は、まあざっと6000Kという高温でして、大量の光りを発しています。この光はエネルギーの「放射」が目で見えているものです。

 地球は大気で覆われていますから、多少の光は吸収され、また、大気中に存在する雲などの影響も受けます。

 しかし、太陽エネルギーが地球に与えているエネルギー量は、赤道付近の昼だと、1m四方で、1366kWという多さでして、1メートル四方に電気ポットを1台ずつ置いて、お湯を連続的に沸かしているに等しい量のエネルギーを受け取っていて、これは莫大な量です。
 最初に検討すべきことは、太陽から地球に来ている光というものがどのようなものか。より具体的には、どのような波長のものか、ということが重要です。

 太陽光というと、可視光線だけが目立ちますが、ご存知のように、目には見えないけれど、日焼けの原因の紫外線、暖かさを感じる赤外線も太陽から来ています。もともと太陽が出している光は、波長に対して、この図の点線で示しているような滑らかな分布をしているのですが、それが、地球の大気の影響や地球の表面からの反射などによって、大気外でも若干の影響を受けています。

 特に、大気を構成する酸素、水、二酸化炭素の影響をかなり受けていて、一部が吸収された形で、地表面に到達しています。大気が光を吸収するということは、大気が熱を吸収するということでもあり、この図から判断しても、太陽光は、大気をかなり温めているということが分かります。 
 このように、地球も、その上に存在する大気も、かなりの熱を吸収しています。もしも、吸収した熱をそのまま保持するとしたら、地球の表面温度は最終的には、太陽と同じような非常に高い温度になってしまいます。

 一方、地球の気温は、歴史的に見ると、余り変化をしていません。勿論、恐竜が生存していた時代は、気温は高かったですし、現時点での人為起源による温度上昇は、未来世代に悪影響を与える懸念が大きなものになっています。

 地球の気温が大きく変化しない理由は、地球が太陽から受け取った熱を外部に逃がしているからです。
 熱をどうやって逃がすのか。伝導は、固体が熱を伝えることですが、地球と宇宙は固体でつながっていません。対流は、空気などが流れを作ることによって、熱を伝えることですが、大気があるのは、数10kmまでですから、対流現象が起きるのも、その範囲内です。すなわち、地球が熱を逃がすのは、放射だけです。

 具体的には、熱を赤外線の形で、宇宙に排出しているのです。より詳しく言えば、地球の表面温度の平均値を15℃だとすれば、その温度に相当する波長6μmの赤外線を宇宙に向けて放出することで、熱を逃しているのです。
 太陽は表面温度が6000Kに近い温度ですから、0.1μmから数10μmの広い波長の光を出しています。しかし、我々が光だと認識できるのは、可視光域だけで、紫から赤の範囲です。

 地球は平均表面温度が300Kにも達しませんので、10μmよりもやや短い赤外線を出しているだけです。しかも、その強度はかなり低いものです。

 このような様子を示しているのが、この図ですが、滑らかな曲線を研究したのが、ヴィーンとかプランク、シュテファンあるいはボルツマンといった人々です。

 黒体(=真っ黒な物体)が発する光のエネルギー量は、その物体の絶対温度の4乗に比例します。絶対温度が300Kから3000Kと10倍になれば、放射する光のエネルギー量は、1万倍になるということです。
 そんなことは身近に感じられないと思われるかもれませんが、離れた場所の温度を計る装置として、放射温度計と呼ばれるものがあります。

 この記事を書いている部屋の床の温度を測ってみました。28℃でした。今日は非常に暑いですから、エアコンが効いているということですね。

 1℃刻みで測定ができること自体、なかなか優れた機器です。

 昔の刀鍛冶は、加熱された鉄の色を見て、温度を判断したと言われています。このことも、上の曲線のトップの位置が段々と左にずれて、1000Kを超せば、可視域に近くなり、目で赤く見えるようになってくることを示しています。
   先程も述べましたように、太陽が地球表面に届けている熱量は相当に大量です。これが、すべて地球に吸収されていたら、とんでもなく暑い地球になっています。しかし、実際には、大気が吸収したり、雲が反射したり、また、雪原などだったら、ほとんどの光を反射して宇宙に戻しています。

 その他に、地球の表面温度の平均値は15℃程度でしたが、このところ、上昇気味で、100年間にすると2.5℃ぐらい上昇しているようです。 

 しかし、地球からの熱の放射量だけでなく、熱の移動を細かく表示すると大変に複雑なことになります。

 次の図がNASAによる図です。 
   この図の説明は、今回、初めて行うことでして、結構解析が大変でした。

 そこで、簡単にこの箱でも説明しますが、詳細な説明は次のスライドの本文を参照して下さい。

 左上が太陽です。これがほぼすべての熱の起源です。行き先は、4箇所。地表、大気が吸収、雲が反射、地表が反射。

 地球から出ていく熱の総量は、正味吸収(植物の成長などに移行)が0.2なので、バランス上99.8になるはず。

 そうなるように、地球は、70.5の熱を宇宙に放出しているはず。そうなるように、大気から、雲から、地表からの熱を割り振って茶色の矢印の量が推定できる。

  
   この文章は、上の複雑な図ですが、熱(エネルギー)のバランスを考えて、それそれの数値が作られているということを根拠として示しているものです。
   この文章は、温室効果ガスが増加したときに、何が起きるかを記述しているものです。

 温室効果ガスから地表へのエネルギーの戻りが多くなると、地表の温度上がるのですが、その温度上昇は、温度上昇によって地表が放出する熱量が増えて、熱量のバランスが新しい状態になるということを意味しています。

 どうやら、このバランスは、短時間で達成されるようですので、温室効果ガスの大気中の濃度が上昇すれば、ほぼ同時に、温度が上昇すると考えて良さそうです。

 ただし、温度が下がる方は、大気中の温室効果ガスが減らなければなりませんが、その半減期は、不確率ながら、数千年と考えるべきことのようです。 
    前のスライドで述べたことを示すために、赤枠の黄色い矢印を4本書き込みました。

 温室効果ガスGHGが増えると、それによる地表へのエネルギーの戻り量が増える。そうなると、地表付近の大気温度が上昇し、そして、結果的に、地表からの熱の放出量が増える。

 という仕組みです。

 なかなかに複雑なシステムではあります。

 しかし、簡単なことは何か、と言えば、GHGが増加すれば、地表付近の気温は上昇する、ということが言えるということです。

 非常に単純なことです。言葉で説明せよと言われれば、地表から熱が逃げにくい状態を作れば、地表の気温は上がります。

 GHGを放出するということは、そういうことです。
   上に述べたことを、再度、やや丁寧に説明しただけのものです。

 ただし、地球の温度を決めているのは、温室効果ガスだけではありません。

 やはり、太陽の影響は大きいのです。太陽の活動量は揺らいでいます。なんらかの理由で、太陽光が弱くなると、地上の気温は下がります。

 そして、それから先は、地上の状況が、その温度の下がり方を激しくするのです。まず、気温が下がれば、例えば、北極圏の周辺、北緯60℃付近での雨が、雪に変わります。そうなれば、白い雪が積もると、太陽の光を反射して宇宙に戻す量が増えます。

 これは、地球の温度が下がることを意味します。

 こんなことで、若干太陽の活動量が低下すると、地球は、その影響を増幅するような気候を備えているのです。

 現時点での温暖化のために、次の氷河期は来ないかもしれない、と言われ始めていることは、すでに、どこかで記述しています。
 
    ということで、今回やってみたことのまとめです。

 最近、地学の受講生が増えているのに、教師の数が足らないという状況のようです。しかし、参考書などを買ってみましたが、地学基礎の範囲の勉強をしても、トランプ大統領に反論できない、ということが分かりました。
   しかも、温暖化はでっち上げだと言う個人・団体は、トランプ大統領だけならまだしも、日本にも色々とあるのです。 

 まあ、有名どころを一つだけ記述して終わりにします。

 ちなみに、経団連は温暖化が分かっていないとは言いません。しかし、個人レベルでは、未だに、「でっち上げ」説を支持している人々に合うことがあります。

 武田邦彦などの中身はとにかく、売れれば良いという本が多発した影響は、未だに残っています。