気候変動

気候変動の確実性は、地球の気候が変化していることに同意するだけでなく、この変化が人間の活動、主に炭素排出によって激化していると述べている活動的な気候研究者の約97%の間でコンセンサスが得られているにもかかわらず、依然として公的な論争となっています1。一般市民と専門家の間の断絶は、気候変動に関与するメカニズムや、天候や気候などの重要な概念の違いについての理解が不十分であることが一

気候と天気

気温や降水量など、短期間にわたる地域の局所的な大気条件は、天気として説明されます。気候には、長期間にわたって測定された場合、これらと同じ条件が含まれます。したがって、科学者が地球の気候について話すとき、彼らは地球全体で収集された気候データの統計的尺度を参照します。地球規模の代表的な気候指標の1つは、地球全体で記録された気温の平均である全球平均気温です。

気候変動のモニタリング

科学者は地球の気候の経時的な変化を研究しており、気候変動に関する研究の多くは、気象学、地理学、海洋学などの物理科学に基づいています。さらに、コンピューター科学者は、極地の氷の融解が海面上昇や気温の上昇を引き起こすなどのイベントの予測された影響をモデル化します。気候変動は、さまざまな気候に耐えるさまざまな能力を持つ無数の種に影響を与えるため、これらの研究は生物学研究にとって不可欠です。

気候変動の主な要因は地球温暖化であり、これは地球の平均大気温度の上昇と定義されています。気候研究者は、温室効果ガスの増加が地球の平均気温を上昇させることを認識しています。これは、温室効果ガスが太陽から透過した赤外線を吸収し、熱として大気中に再放出するためです。その後、この熱は大気と地球の表面のさまざまな層に分散されます。熱は温室効果ガス分子からあらゆる方向に放射されますが、地球の表面は下向きに放射された熱の一部を吸収するため、表面温度が上昇し、熱エネルギーが下層大気に閉じ込められます。大気による地球の表面でのこの熱の閉じ込めは、温室効果と呼ばれます。

地球への温室効果には、水蒸気、CO₂、メタン、オゾンの4つの主要なガスが寄与しています。しかし、地球温暖化や気候変動に大きく影響する特に重要な温室効果ガスが二酸化炭素(CO₂)です。CO₂は常に地球の大気中に発見されていますが、化石燃料の燃焼などの人間関連の活動により、その量が大幅に増加しています。過去80万年の間に、_CO2レベルは、人間の介入なしに大気中の180ppmから270ppmの間で変動しました。2016年には濃度が400ppmを超えましたが、これは過去の変動を考えると驚異的な高水準^です2。

未来を予測する

気候変動の顕著な結果は、海面上昇です。気候が温暖化するにつれて、アルベド効果として知られる現象により、氷河の氷が溶けます。アルベドは、反射日射量の尺度で、受信した総日射量の割合で、0 から 1 の範囲です。アルベドの値は雪質に依存します。汚れた、または溶けた遅い雪はアルベドが低く、新雪と白い雪はアルベドが高くなります。南極の雪のアルベドは一般的に約0.8です。気温が上がり、雪が溶け始めると、アルベド値が低くなり、雪が熱として放射を反射しなくなり、より多く溶けるため、正のフィードバックループが発生します。正のフィードバックループは、システムへの摂動によって摂動に対する応答の大きさが増加する場合に発生します。そのため、気温の上昇により雪氷が溶けるほど、太陽放射を反射する能力が弱まるため溶け、熱の吸収が多くなり、さらに溶けます。この氷の融解により、海面が上昇します。現在、この大きな氷床には全球の海面上昇の約70mに相当する質量が含まれており、そのうち南極の氷には約60m、グリーンランドでは約7mの質量相当が蓄積されています³。氷河や氷冠などの小さな氷体は、水の量がはるかに少ないですが、これらの氷の貯留層の融解は、サイズが小さいため、特定の気候強制力に迅速に反応するため、過去数十年で大きな氷床を支配していました3。

海面上昇は、海岸近くの資産を破壊し、沿岸コミュニティに影響を与え、海水温を媒介する可能性があるため、人間の健康にとって重大な脅威です。海面上昇の経済的コストは莫大です。海面がわずか1メートル上昇すると、フロリダの海岸線のかなりの部分が水没し、120万人の家に影響が及ぶことになります⁴。現在、グリーンランドの氷床は薄くなっており、それが除去された場合、海面は推定5〜7メートル上昇し、さらに数百万人に影響を与えるでしょう³。

気候が変化すると、種の分布を追跡して、これらも変化しているかどうかを確認することが重要になります。種は、その範囲として知られる地理的領域全体で見られます。科学者たちは、さまざまな環境変数に関連して、生物の歴史的な範囲の変化(範囲シフト)を研究し、種が気温、降水量、その他の気象パターンの変化に追いつくことができるかどうかを予測します。生息域のシフトを研究することは重要です。なぜなら、種が新しい地域に移動できなくなり、現在の生息地が適さなくなると、その種は絶滅してしまうからです。植物やサンゴのような成長の遅い生物にとって、急速に変化する気候に適応することはほぼ不可能です。サンゴは自然に澄んだ浅いサンゴ礁に生息しており、深く移動すると、光合成共生藻類に必要な光を得ることができなくなります。水が温まると、褐虫藻と呼ばれる共生藻類がサンゴを離れ、サンゴが白化して死にます。2016年のオーストラリアのグレートバリアリーフに関する調査では、特定の地域で最大67%のサンゴが白化によって死滅したことが示されている⁵。

人為的な炭素排出は、大気中の_CO2のレベルに大きく寄与し、それが地球の気温を上昇させます。この地球の気温上昇に加えて、海洋酸性化も_CO2の増加の直接的な結果です。海洋は毎年、大気中の_CO2の約4分の1を吸収しています。CO₂が海水に吸収されると、炭酸(H₂CO₃)に変換され、これにより海水がより酸性になり、炭酸イオンの利用可能性が減少します。炭酸イオンの減少は、二枚貝、ウニ、サンゴの炭酸カルシウム構造の構築と維持を妨げる^{可能性があります6。}海水温の上昇とともに、海洋の酸性化は水生生態系に悪影響を与える可能性があります。⁶

気候変動の影響を媒介することが不可欠です。多くの科学者が、現在完新世の絶滅、通称「第6の絶^滅」7と呼ばれるものについて研究を始めている。過去に5回の大きな絶滅事象がありましたが、過去100年間の絶滅率は予想された「バックグラウンド絶滅率」の1000倍にもなっています。生息地の喪失と気候変動はどちらも種の絶滅に大きな役割を果たしており、管理上の決定において環境への配慮を維持することが重要になります⁷。

参照

1. ウィリアム・R・L・アンダーレッグ、ジェームズ・W・プラル、ジェイコブ・ハロルド、スティーブン・H・シュナイダー。気候変動における専門家の信頼性。PNASです。 2010年、第107巻、27(12107-9)。
2. リチャード・A・ベッツ、クリス・D・ジョーンズ、ジェフ・R・ナイト、ラルフ・F・キーリング、ジョン・J・ケネディ。エルニーニョ現象と記録的なCO2上昇。自然、気候変動。 2016年、第6巻、(806-10)。
3. ミルン、グレン。気候が海面変動をどのように引き起こすか。天文学と地球物理学。 2008年、第49巻、2(2.24–2.28)。
4. ウィリアムズ、S.ジェフレス。海面上昇が沿岸地域に与える影響。沿岸研究ジャーナル。 63(184-96)。
5. テリー・P・ヒューズ、ジェームズ・T・ケリー、マリアナ・アルバレス・ノリエガ、ホルヘ・G・アルバレス・ロメロ、クリステン・D・アンダーソン、アンドリュー・H・ベアード、ラッセル・C・バブコック、マリア・ベガー、デビッド・R・ベルウッド、レイ・バーケルマンス、トム・C・ブリッジ、イアン・R・バトラー、マリア・バーン、ニール・E・カンティン、スティーブ・コモー、SE。地球温暖化とサンゴの再発する大量白化。自然。 2017年、543巻、7645(373)。
6. F. プラダ、E. カロセリ、S. メンゴリ、L. ブリツィ、P. ファンタッツィーニ、B. カパッチーニ、L. パスクィーニ、K. E. ファブリキウス、Z. デュビンスキー、G. ファリーニ、S. ゴフレード。海洋の温暖化と酸性化は相乗的にサンゴの死亡率を増加させます。自然。 2017年、40842。
7. フレデンブルク、デビッド・B・ウェイク、バンス・T.私たちは6回目の大量絶滅の真っ只中にいるのでしょうか?両生類の世界からの眺め。PNASです。 2008年、1091-6490。

地球規模の気候変動はニュースで熱心に議論されるトピックであり、科学者たちは地球の気候が変化していることに同意しています。しかし、気候変動の原因と科学者がそれをどのように研究しているのかを説明する前に、いくつかの用語を明確にしておきましょう。気候という言葉は、天気と同じ意味で使用されることがよくありますが、違いがあります。

天気は、ある地域内の気温などの大気条件を、1日などの短期間で表したものです。しかし、気候は同じ地域で同じ条件を記録しますが、たとえば年間平均気温など、長期間にわたって記録されます。地球の気候とは、地球全体で分析および編集された同じ変数を指します。1880年以降の地球の平均気温のデータを見ると、気温が上昇していることが分かります。これは人々が地球温暖化と呼んでいるものです。

地球温暖化の主な原因の1つは、二酸化炭素、水蒸気、オゾン、メタンなどの温室効果ガスによって引き起こされる温室効果です。これらのガスは、温室のガラスシールドに似た地球の周りに層を形成するため、その総称が付けられました。温室と同じように、このガスの層は太陽光線を透過させてから閉じ込め、反射光線の一部だけを大気中に放出し、地表近くの温度を上昇させます。地球の気温を居住可能な状態に保つためには、温室効果ガスをある程度カバーすることが不可欠ですが、化石燃料の燃焼などの人間の活動により、CO2などの一部のガスが集中し、最適なレベルを超えて上昇し、地球温暖化に拍車をかけています。

この気候温暖化の主な影響の1つは、氷河の氷が溶け、その結果、海面が上昇します。この融解は、アルベド効果と呼ばれる現象によって悪化します。アルベドは、ラテン語で「白」を意味する「アルバス」に由来し、反射日射量と総日射量の割合の比率を指します。この値は、放射線の大部分を反射するため、新雪の白い雪の 1 に近くなります。対照的に、裸地のアルベドは約0.2、外洋は0.1しかなく、したがって、これらは大幅に少なく反射します-したがって、気候が温暖化するにつれて、雪が溶けてアルベドが低下し、地球が反射が少なくなり、熱としてより多くの放射線を保持することを意味します。これにより、雪がさらに溶け、正のフィードバックループと海面上昇が生まれます。

気候変動の別の影響は、種の分布に見ることができます。種は、その範囲として知られる地理的領域全体で見られます。気候が温暖化するにつれて、氷冠の融解などの環境変化により、一部の種の居住可能範囲がシフトまたは減少する可能性があります。科学者たちは、さまざまな環境変数に応答して、さまざまな生物のこれらの範囲シフトを研究してきました。これらのデータを使用して、気候パターンの将来の変化をモデル化し、種の運命を予測することができる。

このラボでは、人工微気候に対する温室効果を評価し、さまざまな条件で溶ける氷を比較し、環境変化に伴う歴史的な種の生息域の変化を研究します。