260万年前、地球は現在よりもずっと暑かった

制作：中国科学普及協会

著者: Zang Tonggang (古気候学修士課程学生)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国の先端技術プロジェクトは、認識の限界を広げるために、「未知の領域」と題する一連の記事を立ち上げ、深宇宙、深地球、深海などの分野で限界を突破した探査結果を概観しています。科学的発見の旅に出て、驚くべき世界を知りましょう。

近年、地球温暖化の問題はますます注目を集めており、科学者たちはこの問題について長期的かつ徹底的な研究を行ってきました。これらの研究の中で重要な部分は、地球の歴史を研究することで未来をより正確に予測できるようにすることです。中国科学院地球環境研究所黄土・気候変動研究チームの研究者であるアオ・ホン氏とソン・ヨウグイ氏は、中国の黄土記録を利用して数百万年前の大規模な気候変動現象を研究し、過去の気候変動の理解と将来の気候変動の予測に大きく貢献した。この研究成果は、2024年4月19日にNature Communications誌に掲載されました。

260万年前、地球は現在よりもずっと暑かった

地球の気候は常に変動しており、歴史上、現在よりも温暖だった時期も長くありました。最も最近の温暖期は、約 260 万年前の鮮新世から更新世への移行期に発生しました。

その時、地球の平均気温は現在より2～4℃高くなり、海面は現在より20メートルほど高くなります（つまり、上海、天津、マカオなどの沿岸地域はすべて水没します）。当時の気候条件は現在とは全く異なっていました。北極でさえ、今のように氷と雪に覆われてはいませんでした。南極だけが氷床で覆われていました。この状況は科学者によって「単極氷室」と呼ばれており、これは北極と南極の両方が氷床で覆われている現在の地球上の「双極氷室」に相当します。

しかしその後、地球は長い寒冷期に入りました。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

北極の氷床拡大と地球寒冷化

260万年前、北半球の氷床はちょうど拡大し始めたところだった。グリーンランド、北アメリカ、ユーラシアの氷床の厚さが増しただけでなく、多くの小さな氷山も氷床から分離して北太平洋や北大西洋に漂流しました。やがて、地球全体の気温が下がる傾向となり、北極は徐々に風と雪に覆われるようになりました。氷河が増えるにつれて、水は少なくなります。氷河が最も広大だった頃、海面は現在よりも約100メートル低かった。

北極の氷冠が現れ始めると、地球の気温はさらに下がり続けるでしょう。これは、地球上の熱が太陽エネルギーを吸収することによって発生するためです。太陽光が地球に当たると、その一部は地球の表面で吸収されます。地球に吸収されるだけでなく、一部は宇宙空間に反射されます。森林、土壌、水面、氷、雪などのさまざまな表面タイプは、太陽光に対する反射率がまったく異なり、氷と雪の反射率は他の地形よりもはるかに高くなります。そのため、北極に大量の氷や雪が形成されると、より多くの太陽光が反射され、地球が吸収できるエネルギーが減少することになります。時間が経つにつれて、地球はどんどん寒くなっていきます。それ以来、北極の大量の氷と雪の影響で、地球は非常に長い期間にわたって継続的な寒冷化を経験してきました。これにより、最終的に南極と北極における現在の「二重氷室」分布パターンが形成されました。

そのため、北極の氷床が形成され始めると、地球全体の気候はゆっくりと寒冷化し始めました。しかし、太陽自身のエネルギーの強さには一定の変動があり、地球が寒冷化するという全体的な傾向の下では、数万年から数十万年の周期で、暑さと寒さが少しずつ交互に繰り返されることになります。比較的温暖な時期は「間氷期」と呼ばれ、比較的寒冷な時期は「氷期」と呼ばれます。地球は現在、比較的温暖な「間氷期」にあります。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

北極の氷床とアジアの冬季モンスーンが私たちに与える影響

北極の氷床の出現は、北半球全体、さらには世界の気候に大きな影響を与えます。例えば、北半球の冬の風は北極の氷床と密接な関係があります。北部では、冬は冷たい風が吹き荒れます。人々はそれを「北西風」と呼びます。この「北西風」は実は冬の風です。シベリアからの冷たい空気が南下することによって発生します。冬の風が強くなりすぎてさらに南に移動すると、冬には南部でも雹や大雪などの気象現象が発生します。

したがって、北極の氷床が溶けると、非常に深刻な結果をもたらすことになります。氷床の融解が海面上昇を引き起こすことはよく知られている事実であるが、北極の氷床の消失はアジアの冬季モンスーンの弱体化や消滅を引き起こす可能性があり、アジア全体の気候に大きな変化をもたらすことになる。例えば、冬の気温が上昇すると現在の作物のサイクルが乱れ、現在の主食の一つである小麦の収穫量が大幅に減少する可能性があります。また、中国南部で洪水を引き起こし、住民に死傷者や経済的損失をもたらす可能性がある。さらに、生態系のバランスを崩し、他の地域の気候にも副次的な影響を及ぼす可能性があります。

アジア冬季モンスーンの強さの変化は、私たち一人ひとりの生活に深く関係しているため、常に科学者の研究の焦点となってきました。科学者たちは将来をより正確に予測するために冬季モンスーンを研究していますが、この目標を達成するにはまず冬季モンスーンの歴史を研究する必要があります。なぜなら、気候変動の歴史的なパターンを発見することによってのみ、ある程度将来を予測することができるからです。

冬季モンスーンの歴史的研究において最も重要な疑問は、北極の氷冠が形成される前に冬季モンスーンが存在していたかどうかである。冬のモンスーンの強さと北極の氷床の変化との間には関係があるのでしょうか?

アジア冬季モンスーンマップ

（画像出典：ネイチャーコミュニケーションズ）

過去の気候変動を研究する方法

しかし、冬季モンスーンの歴史的変化を研究するには、2 つの難しい問題があります。まず、過去の気候変動をどう理解すればよいのでしょうか。第二に、気候変動に対応する年齢をどのように決定するか?

では、過去 100 万年の間にアジアの冬季モンスーンがどのように変化したかはどのようにしてわかるのでしょうか?まず、風が強いときは粗い粒子も運べますが、風が弱いときは細かい粒子しか飛ばないことがわかっています。したがって、土壌の粗さはモンスーンの強さを示すものと言えます。アジア冬季モンスーンはシベリアから中国にかけて吹き、黄土高原はアジア冬季モンスーンの進路上に位置しています。したがって、黄土高原の土壌粒子の粗さと細かさの変化は、過去のアジア冬季モンスーンの強度の変化を判断するために使用できます。

冬の風がどのように変化するかという問題は解決しましたが、冬の風の変化に対応する時間をどのように決定するのでしょうか。ここで用いられる「古地磁気年代測定法」とは、地球の磁場が鉱物の磁性に影響を与え、地球の磁場の変化が鉱物に記録されるというものです。地球の磁場は過去に何度も逆転したことがある。科学者たちは地球の磁場の逆転を研究することで、地磁気のタイムラインをまとめました。科学者は土壌鉱物の磁気特性を研究し、それを地磁気の時間スケールと比較するだけで土壌物質の年代を判定できます。

上記2点を踏まえると、モンスーンの強さの変化とそれに対応する年をより正確に判断することができます。

研究では何が判明しましたか?

中国科学院地球環境研究所黄土・気候変動研究チームのアオ・ホン、ソン・ヨウグイらの研究チームは、アジアモンスーンは北極の氷床が形成されるはるか前から存在していたが、260万年前に北極の氷床が形成された後、冬のアジアモンスーンの強度が大幅に増加したことを発見した。また、モンスーンの強さは4万年と10万年の周期で変化しており、この周期は北極の氷冠の形成によって影響を受けていないことも判明した。同時に、アジアの冬季モンスーンの4万年および10万年の変化サイクルは、地球全体の海面変動サイクルとほぼ完全に一致しています。つまり、過去200万年間、海面が高かったときにはアジアの冬季モンスーンの強度は強くなり、海面が低かったときには弱くなったのです。さらに、北半球の氷河が気候に影響を及ぼし始める前は、アジアの冬季モンスーンの変化は比較的弱かった。

さらに、北極氷床の形成前後では、4万年と10万年の周期的な変化に加えて、アジアの冬季モンスーンは、常に千年規模の大きな変動を示してきました。このような千年規模の変動は、温暖な（CO₂濃度が高い）後期鮮新世と寒冷な（CO₂濃度が低い）前期更新世の両方で持続し、主に天文学的な要因と地球の内部気候力学によって制御されていました。

要約すると、この結果は千年規模の気候ダイナミクスを理解する上で非常に重要な意味を持ちます。北極の氷床の大きさは、アジア冬季モンスーンの強度にのみ影響し、アジア冬季モンスーンの周期的な変化には影響を及ぼさないことが示されています。古代から現在に至るまで、アジアの冬季モンスーンの強さは、4万年と10万年の大きな周期と、数千年の小さな周期で規則的に変動しています。同時に、アジアの冬季モンスーンの強さは世界の海面と同期して変化します。

アジア冬季モンスーンの強さや海面変動などの指標の比較

（画像出典：ネイチャーコミュニケーションズ）

それは私たちにどんなインスピレーションを与えるのでしょうか?

地球温暖化は今では周知の事実ですが、研究により、260万年前の地球の気温は現在よりも2～4℃高く、CO₂濃度は現在と同程度であったことが判明しています。この場合、地球の気温はさらに2〜4℃上昇するのでしょうか?

研究により、アジアモンスーンの強さには4万年、10万年、千年規模の変動サイクルがあり、海面と同期して変化することが分かっています。では、海面変動を監視することで、将来のアジアモンスーンの変化を予測することは可能でしょうか?こうした変化はアジア、さらには世界の気候にどのような影響を与えるのでしょうか?私たち人類はこうした将来の変化にどのように対応すべきでしょうか?

これらの問題については、科学者によるさらなる研究が必要です。いつの日か、私たちは気候変動の法則を完全に理解し、気候問題が人類に及ぼす悪影響を解決し、気候を理解し、制御し、活用できるようになるかもしれません。

参考文献:

1. McClymont, EL 他北半球の氷河作用の始まりと激化による気候の進化。 Rev. Geophys. 61、e2022RG000793（2023）。

2. Haywood, AM, Tindall, JC, Dowsett, HJ, Dolan, AM & Lunt, DJ 鮮新世の気候の大規模な特徴への回帰：鮮新世モデル相互比較プロジェクト フェーズ 2。Clim.過去16、2095年～2123年（2020年）。

3. Martínez-Botí, MA 他高解像度の CO₂ 記録を使用して評価された鮮新世 - 更新世の気候感度。ネイチャー518、49–54（2015）。

4. McClymont, EL 他高 CO₂ 世界からの教訓: 約 300 万年前の海洋の様子。クライム。過去16、1599–1615（2020年）。

5. Rohling,EJ 他海面と深海温度の再構築は、過去 4,000 万年間にわたる準安定状態と重要な遷移を示唆しています。科学。上級7、eabf5326（2021）。

6. Ao H、Liebrand D、Dekkers MJ 他。鮮新世から更新世にかけての氷河の激化に伴う軌道規模および千年規模のアジア冬季モンスーンの変動。ナットコミュニオン15、3364（2024）