スベンスマルク効果
| 宇宙線と地球の気候変動との間に関連はあるのか。あるとすればどのくらいか。 | 
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理論と検証
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太陽磁場は宇宙線が直接地球に降り注ぐ量を減らす役割を果たしている。そのため、太陽活動が活発になると太陽磁場も増加し、地球に降り注ぐ宇宙線の量が減少する[9]。スベンスマルクらは1997年、宇宙線の減少によって地球の雲の量が減少し、アルベド︵反射率︶が減少した分だけ気候が暖かくなった可能性を提唱した[1]。
1998年にジュネーヴのCERN素粒子物理学研究所のジャスパー・カービーにより大気化学における宇宙線の役割を調査するためにCLOUD[10]と呼ばれる実験が提案され、本格的なデータが得られるのは2010年くらいとされていた。また小規模なSKYと呼ばれる実験がヘンリク・スベンスマルクにより行われた[11]。2005年の実験では、空気中において宇宙線によって放出された電子が雲の核形成の触媒として作用することが明らかとなった。このような実験により、スベンスマルクらは宇宙線が雲の形成に影響を与えるかもしれないとの仮説を提案した。しかし2011年、CERNのCLOUD実験でも、実際に雲を形成できるような大きさの水滴の生成は確認できていない[12]。提唱者らによる2012年時点の論文でも、仮説に留まっている[5]。また、宇宙線による大気の電離が雲凝結核の生成を促進するモデル以外に雲の上下限に電荷が溜まり雲形成を促進するグローバルサーキットモデルが考えられている[13]。
なお、ウィルソンの霧箱は数百%の過飽和状態であるが、現実大気の過飽和は数%であり、霧箱のような事は起こらないとしている[1]。
現代の気候での実験では、銀河宇宙線量、雲量とも変化が微小なため、スベンスマルク効果の明確な証拠を得ることは難しく効果を証明できなかった。しかし、地磁気逆転期は銀河宇宙線が大幅に増加し、雲量の増加も大きく、日傘効果も強くなるため気候への影響はより高感度で検出できると予想し研究を進めた。その結果、78万年前の地磁気逆転途中に、雲の日傘効果で冬の季節風が強まった証拠を発見し、銀河宇宙線による地球の気候への影響の証拠を発見した[4]。
温暖化への影響
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スベンスマルクらの提唱する機構が、実際に気候に影響しているという確証は見つかっていない[8]。また複数の科学的報告[7]は、宇宙線が実際の雲量や近年の地球温暖化に大きく影響を与えているとの説を否定している。
スベンスマルクらの説は気候変動に関する政府間パネル (IPCC) においても評価対象となったが、2001年の第三次評価報告書︵ワーキンググループ1、第6章︶[14]および2007年の第4次評価報告書︵ワーキンググループ1、第2章︶[6]でその影響は不明確であると指摘され、採用されていない。この評価報告書は、世界130か国からの2千人以上の専門家の科学的・技術的・社会経済的な知見を集約し[15][16]、かつ参加195か国の政府代表から成るパネルによって認められた報告書である[16]。また現在観測されている温暖化は、確率90%以上で人為的な要因が主因であると評価されている[17]。
2008年4月、ヨーン・エギル・クリスチャンセン (Jon Egill Kristjansson) らは雲量の観測結果に宇宙線との関連性が見られないとの調査結果を発表し[18]、﹁これが重要だという証拠は何もない﹂と指摘している[18][19]。2009年、カロゴビッチ (Calogovic) らはフォーブッシュ減少と呼ばれる宇宙線の変化現象に対する雲量の応答を調べた結果﹁どのような緯度・高度においても、対応する雲量の変化は見られない﹂と報告している[20]。2009年、ピアス (Pierce) らは宇宙線による影響量は観測されている温暖化を引き起こすには2桁足りないと指摘している[21]。
オタワ大学 (カナダ)のヤン・バイツアーが、5億年以上前から生息しているブラキオポッドの化石中の酸素16と酸素18の存在比を分析︵海洋酸素同位体ステージ参照︶したところ、1億4千万年周期で平均気温が最大3.5℃低下する寒冷化が起きている事が判明した[22]。
2011年、複数の検証結果に基づいたレビューにより、実際の雲量への宇宙線の影響は確認できず、地球規模での気候への影響はあっても無視できる程度である[7]と評価されている。またスローン (Sloan) らは2011年、実際の気候との関係は何も確認できないと指摘した上で、仮に関係があったとしても1900年以降に観測されている気温上昇の8%未満の影響しかないと見積もっている[8]。
2019年、神戸大学内海域環境教育研究センターの兵頭政幸らの研究グループが、銀河宇宙線が増加した78万年前の地磁気逆転の途中に、雲の日傘効果で冬の季節風が強まった証拠を世界で初めて発見した。これは、銀河宇宙線が地球の気候変動に影響する証明するものとだとしている。証拠を探すため中国黄土高原の中央部の2ヶ所のレス層の砂塵の粒度と堆積速度の変化を調べた結果、2ヶ所両方から地磁気逆転途中に“冬の季節風の強化”が起きた痕跡を発見した。この風の強化期間は、地磁気逆転に伴い地磁気強度が1/4以下に減少し、銀河宇宙線が50%以上増加した期間と一致する。また、大阪湾1700mから採取した堆積物コアに含まれる花粉の化石から当時の気温と夏の雨量を再現、その結果、78万年前に地球磁場が逆転した時期に、約5000年間にわたって、約2～3℃気温が低下し寒冷化していたことが分かった[23]。地球磁場が逆転した同時期に、寒冷化の痕跡と冬の季節風の強化の痕跡が見つかったことで、これら気候変化の原因がスベンスマルク効果により増加した下層雲による雲の日傘効果であることがほぼ確実となった。銀河宇宙線が増えれば下層雲が増える、逆に銀河宇宙線が減れば下層雲も減るので逆日傘効果で温暖化が起こる可能性がある。したがって、現在の地球温暖化や中世の温暖期などを理解する上でも銀河宇宙線がもたらす雲の日傘効果は重要であるとした[4][9]。
脚注
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(一)^ abcSvensmark, Henrik; Friis-Christensen, Eigil (1997). “Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage—a missing link in solar-climate relationships”. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 59(11): 1225-1232. doi:10.1016/S1364-6826(97)00001-1.
(二)^ Svensmark, Henrik (1998). “Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate”. Physical Review Letters 81(22): 5027-5030. doi:10.1103/PhysRevLett.81.5027.
(三)^ ヘンリク・スベンスマルク、ナイジェル・コールター﹃“不機嫌な”太陽―気候変動のもうひとつのシナリオ﹄桜井邦朋︵監修︶、青山洋︵訳︶、恒星社厚生閣、2010年。ISBN 978-4769912132。
(四)^ abc上野友輔; 兵頭政幸; 楊天水; 加藤茂弘 (2019). “Intensified East Asian winter monsoon during the last geomagnetic reversal transition”. Scientific Reports (Springer Nature): 1-8. doi:10.1038/s41598-019-45466-8.
(五)^ abSvensmark, J.; Enghoff, M. B.; Svensmark, H. (2012). “Effects of cosmic ray decreases on cloud microphysics”. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions 12: 3595-3617.
(六)^ abWorking Group I: The Physical Science Basis (2007年). “2.7.1.3 Indirect Effects of Solar Variability”. IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2012年6月28日閲覧。
(七)^ abcErlykin, A. D.; Wolfendale, A. W. (2011). “Cosmic ray effects on cloud cover and their relevance to climate change”. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 73(13): 1681-1686. doi:10.1016/j.jastp.2011.03.001.
(八)^ abcSloan, T.; Wolfendale, A. W. (2011). “The contribution of cosmic rays to global warming”. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 73(16): 2352-2355. doi:10.1016/j.jastp.2011.07.013.
(九)^ ab兵頭政幸﹁地磁気の逆転－高精度磁気・気候層序と地磁気の気候への影響﹂﹃第四紀研究﹄第53巻第1号、日本第四紀学会、2014年、1-20頁、doi:10.4116/jaqua.53.1、ISSN 0418-2642、NAID 130004700517。
(十)^ “Cosmics Leaving OUtdoor Droplets (CLOUD)”. European Organization for Nuclear Research (CERN). 2012年6月27日閲覧。
(11)^ Svensmark, Henrik (2007). “Cosmoclimatology: a new theory emerges”. Astronomy & Geophysics 48(1): 1.18-1.24. doi:10.1111/j.1468-4004.2007.48118.x.
(12)^ Kirkby, Jasper et al. (63 authors) (2011). “Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation”. Nature 476: 429-433. doi:10.1038/nature10343.
(13)^ Tinsley, Brian A. (2010). “Electric charge modulation of aerosol scavenging in clouds: Rate coefficients with Monte Carlo simulation of diffusion”. Journal of Geophysical Research 115 (D23). doi:10.1029/2010JD014580. ISSN 0148-0227.
(14)^ Working Group I: The Scientific Basis (2003年). “6.11.2.2 Cosmic rays and clouds”. IPCC Third Assessment Report - Climate Change 2001. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2012年6月28日閲覧。
(15)^ 高橋潔. “IPCC報告書とは？”. ﹁ココが知りたい温暖化﹂のIPCCに関するQ&A. 国立環境研究所 地球環境研究センター. 2012年6月28日閲覧。
(16)^ ab“IPCCの役割とIPCCの評価プロセスの主要な要素” (PDF). 環境省 (2010年2月4日). 2012年6月28日閲覧。
(17)^ Working Group I: The Physical Science Basis (2007年). “Understanding and Attributing Climate Change”. IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2012年6月28日閲覧。︵注‥very likelyは、確率90%以上を表す。IPCC第4次評価報告書#使われている表記を参照のこと︶
(18)^ abKristjánsson, J. E.; Stjern, C. W.; Stordal, F.; Fjæraa, A. M.; Myhre, G.; Jónasson, K. (2008). “Cosmic rays, cloud condensation nuclei and clouds - a reassessment using MODIS data”. Atmospheric Chemistry and Physics 8: 7373-7387. doi:10.5194/acp-8-7373-2008.
(19)^ Black, Richard (2008年4月18日). “More doubt on cosmic climate link”. BBC News 2012年6月28日閲覧。︵解説記事‥原論文はクリスチャンセンらのものを参照︶
(20)^ Calogovic, J.; Albert, C.; Arnold, F.; Beer, J.; Desorgher, L.; Flueckiger, E. O. (2010). “Sudden cosmic ray decreases: No change of global cloud cover”. Geophysical Research Letters 37: L03802. doi:10.1029/2009GL041327.
(21)^ Pierce, J. R.; Adams, P. J. (2009). “Can cosmic rays affect cloud condensation nuclei by altering new particle formation rates?”. Geophysical Research Letters 37: L09820. doi:10.1029/2009GL037946.
(22)^ サイエンスZERO﹁銀河系が寒冷化をまねく!?﹂, (2014年4月27日 放送)
(23)^ ﹃地球磁場の弱化が気候に多大な影響を及ぼす証拠を発見 銀河宇宙線が作る雲が深く関与し寒冷化が起こる﹄︵プレスリリース︶立命館大学、2017年1月16日。2021年5月24日閲覧。
関連項目
編集文献
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●和田雅美, 須田友重, ﹁宇宙線と気象﹂﹃日本物理学会誌﹄ 1966年21巻8号 p.563-574
●小玉正弘﹁宇宙線雪量計﹂﹃雪氷﹄第39巻第4号、日本雪氷学会、1977年、207-211頁、doi:10.5331/seppyo.39.4_207、ISSN 0373-1006、NAID 130000906955。
●宮原ひろ子﹁過去1200年間における太陽活動および宇宙線変動と気候変動との関わり﹂﹃地學雜誌﹄第119巻第3号、東京地学協会、2010年6月、510-518頁、doi:10.5026/jgeography.119.510、ISSN 0022135X、NAID 10030369529。
●片岡龍峰﹁宇宙線と雲形成 : フォーブッシュ現象で雲は減るか?﹂﹃地學雜誌﹄第119巻第3号、東京地学協会、2010年6月、519-526頁、doi:10.5026/jgeography.119.519、ISSN 0022135X、NAID 10030369550。
●北場育子, ﹁地磁気の減少による寒冷化 (PDF) ﹂﹃Isotope news﹄ 711 (2013): 14-19.