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第一回目の記事から 9 回にわたって、ながながと温暖化のメカニズムについて語ってきた。それは、飽和論の間違いを指摘するためだった。できれば第一回目から順に読んでみてほしいけど、一応この記事だけでも話が完結するように、まとめを書くことにしよう。

僕が「飽和論」と名付けたのは、地球温暖化の理論は科学的に間違っている、とする懐疑論(このブログでは温暖化研究者アホアホ論と呼んでいる)の中の、次のようなものだ。

「CO2 が増加しても、温室効果は増えない。なぜなら、CO2 の増加により吸収が増加する波長では、すでにほかの温室効果ガスが、赤外線を十分に吸収しているからだ。」

この飽和論、内容はある程度正しい。

たしかに CO2 が吸収する赤外線の波長は、「大気の窓」の外にある。ここで、大気の窓、というのは、大気が電磁波を吸収しない波長帯のこと。大気の窓で吸収が増えると、地表が放出する赤外線の中で、大気に吸収される部分が増えそう。

でも、実際には、CO2 によって吸収される赤外線の波長は、「大気の窓」の外、つまり、すでに十分な吸収が起きている波長帯にあるからだ。

一般向けに、温室効果について、「大気中の CO2 をはじめとする温室効果気体は、赤外線を吸収する。そのため、地表から放射される赤外線が宇宙に出て行くのを妨げ、熱を外に逃がさない。これが、温室効果である」と説明している場合がある。大気の窓の外でしか吸収しないとなると、CO2 の増加は温室効果になにも影響を与えなさそうだ。

だけど、飽和論は間違っている。CO2 が増加すると、温室効果は増えるからだ。

どういうことか?

地表で観測される大気からの赤外線について、考えてみよう。

温室効果ガスは、地表が発する赤外線を吸収するのと同様、空から降ってくる赤外線も吸収している。そのため、大気の窓以外の領域では、あまり上空で放たれた赤外線は地上まで降りてこない。

一方で、温室効果ガスは、自ら赤外線を放っている。物理学の理論によると、温度が高いほどより強く赤外線を放つ。

放射伝達の理論より、ある目安の高さ、H が定義できる。おおざっぱに言って、この目安の高さよりも遠くにある温室効果ガスの放つ赤外線は、地表には届かない。地表で感じる赤外線は、H の下の温室効果ガスが放つ赤外線からなり、その強さは、H の下にある大気の温度の、ある種の'平均値'によって決まる。

目安の高さ H と温室効果


図を見てほしい。

CO2 増加前の目安の高さを H1 としよう。地上に届く赤外線は、H1 以下の大気の'平均'温度で決まる。

ここで、CO2 が増えた時を考えてみよう。CO2 が吸収を起こす波長帯では、赤外線にたいして大気がより不透明になる。より地表に近い温室効果ガスしか見えなくなる。つまり、目安の高さ H が低くなる。図には H2 と書いておいた。

目安の高さ H が小さくなると、H の下にある大気温度の '平均' 温度は上昇する。地表に近い大気ほど温度が高いからだ。

'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。地表に降り注ぐ赤外線は、地面を暖める。これが温室効果そのものであり、赤外線が増えると言うことは、温室効果が強くなることを意味する。

つまり、ちゃんと考えると、CO2 が増えると、温室効果が増加することがわかる。飽和論は間違っているのだ。

さて、飽和論はなぜ、CO2 が増加しても温室効果は増えない、と言っているのだろう。

たぶん、先ほど書いた一般向けの、「大気中の CO2 をはじめとする温室効果気体は、赤外線を吸収する。そのため、地表から放射される赤外線が宇宙に出て行くのを妨げ、熱を外に逃がさない。これが、温室効果である」という説明を、その背景を考えずに鵜呑みにしているのだろう。

この説明だけ読むと、飽和論の言っていることはもっともだと思える。CO2 の増加が影響するのはすでにほとんど吸収されてしまっている波長帯、赤外線がさらに吸収される余地はない。CO2 が増えたからといって、宇宙に抜ける赤外線が減ることはなさそうだ。

でも、一般向けの解説は、温室効果の全てを語っているわけではない。当然だろう。忙しい現代人に読んでもらうためには、数行で温室効果のメカニズムを書かなければならない。だから、大事な細部をばっさりとそぎ落としてある。

だけど、当然のことながら、温室効果についてきちんと理解するためには、数行の文章では不可能だ。

飽和論は、一般向けに簡略化された解説に対して、反論を加えている。本当のメカニズムを理解することもなく。

放射伝達論、という、大学で物理を学んだ人にさえあまりなじみのない理論が必要なため、温室効果のメカニズムを理解するのは難しい。難しいのだけど、きちんとまじめに学べば、十分に理解できることだ。ただし、学ぶためにはそれなりの努力が必要。飽和論を唱える人は、その努力を怠っている。

そのために、僕には彼らの語ることがすごく薄っぺらい物に思えてしまう。

一般向けに数行で説明されている、温室効果の、そして、温暖化のメカニズムは、実は、多くの研究に裏打ちされた、分厚いものなのだ。そのことを、飽和論を語る人たちは気づいているだろうか?

是非、気づいてほしいものである。そして、もっと洗練された、重厚な懐疑論を唱えてほしい。

さて、ここまで話してきた、CO2 増加時に大気の赤外線が増加するメカニズム、実は、これは、温室効果の、そして、地球温暖化のメカニズムの、ほんの一部分でしかなく、また、メカニズムの本質から少しずれている。これだけで、温暖化が全て理解できるわけではないので、注意してほしい。

いえ、そう書いておかないと、この記事で述べてないことを指摘する新しい懐疑論が現れたら困るから。まあ、万に一つもそんなことは起きないと思うけど。


本質からずれてるにもかかわらず、この一連の記事を書いたのは、飽和論にたいして反論するためだった。僕としては、その目的は果たしたと思っている。

そして、記事でがんばって述べてきた放射伝達理論の結果は、今後、他の懐疑論を批判し、温暖化メカニズムを詳しく述べるときに役立つはずだ。

温暖化メカニズムのこの部分を強調した、数式を使わない解説は、これまでにあんまり無かったのではないか、と思う。すくなくとも、僕は知らない。たぶん、本質をすこしはずした説明だから、だれも書かなかったのだとおもう。でも、僕はあえて書いてみた。だって、他の人がすでに書いたことを繰り返してもおもしろくないからね。

延々と書いてきて疲れたので、一旦温暖化のメカニズムについての記事をやめるけど、また、戻ってきたいと思う。そして、別な懐疑論を取り上げて、検討してみたい。

タグ 記事:飽和論
タグ 記事:飽和論 はてなブックマーク - 温室効果のメカニズム(10) 確かに吸収は飽和しているけど
2009.04.25 Sat l 温暖化論概論 l COM(14) TB(0) | top ▲

コメント

アキレスとカメ
 失礼ですがあなたの理論を聞いていてアキレスとカメの理論を思い出しました。 飽和しないことを前提に考えればそういうう錯覚に陥るものでしょう。 しかし吸収できうる赤外線の量に限界がある以上飽和が起きないというわけにはいかないのが当たり前です、さもなければ本気で永久機関ができてしまいます。
2009.04.26 Sun l 草食系温暖化論者 -. URL l 編集
Re: アキレスとカメ
コメントありがとうございます。

>  失礼ですがあなたの理論を聞いていてアキレスとカメの理論を思い出しました。 飽和しないことを前提に考えればそういうう錯覚に陥るものでしょう。 

うーん、一応タイトルは「確かに吸収は飽和しているけど」、としておいたんですけどね…

それにしても、この記事に「永久機関」に言及したコメントがつくとは思いませんでした。予想もつかないことが起こるのが、ブログの楽しいところですね!
2009.04.26 Sun l onkimo -. URL l 編集
永久機関
 いえいえ二酸化炭素が増えれば赤外線が増え続けるとおっしゃっているからですよ。 つまり新たなエネルギーのないところに発生するエネルギーを想定しない限りありえない議論をされているから永久機関と申したまでです。
2009.04.26 Sun l 草食系温暖化論者 -. URL l 編集
Re: 永久機関
ということは、飽和は関係ないのかな?最初のコメントからは、その辺がよく分からなかったので…

永久機関という言葉を用いた懐疑論があるのは、いくつかウェブで見かけたので存じておりました。このブログで取り上げてもいいのですが、ただ、懐疑論の中でもマイナーみたいなので、いまひとつやる気が起きません。

まあ、気が向いたら記事にしてみたいと思います。
2009.04.26 Sun l onkimo -. URL l 編集
簡単に
 ここまでヒントを出したのですが・・・普通飽和状態といえば吸収しうる赤外線エネルギーを理論的な限界まで熱エネルギーに費やしてしまった状態でしょう、それ以外は宇宙空間への放射エネルギーとなります。 つまりそれ以上は気温を上昇させるエネルギー源はありません。 あなたの議論は飽和までの過程をただいたずらに拡張させただけの議論ですのでアキレスとカメの話をしたまでです。 飽和状態以降で気温上昇させる為のエネルギーはないはずですがそれを想定しあくまでも気温上昇が続くとしたので永久機関と申したまでです。 問題は気温上昇に費やされるエネルギーと宇宙空間に放射されるエネルギーと吸収しうるエネルギーをどう見積もるかということのはずですが。
2009.04.27 Mon l 草食系温暖化論者 EBUSheBA. URL l 編集
Re: 簡単に
おはようございます。
朝起きてみたら新しいコメントが(^o^)

> 普通飽和状態といえば吸収しうる赤外線エネルギーを理論的な限界まで熱エネルギーに費やしてしまった状態でしょう、それ以外は宇宙空間への放射エネルギーとなります。 

なるほど、理論的な限界があるってことなんですね。それはどのくらいですか?熱エネルギーの限界ってどんな単位なんだろう。J/Kg とかなんですかね?どうやって計算するのかな?計算法に関する論文とか教科書とかあるのだろうか?

「永久機関」論って、ウェブ上に「ヒント」しかないんですよね。首尾一貫したテクストが見つからない。懐疑論論壇のメジャーどころも書いていないみたいだし、この記事で取り上げる気が起きないんですよ。
2009.04.27 Mon l onkimo -. URL l 編集
Re: Re: 簡単に
いま気づいたのですが、もしかしてコメントをくださった方、飽和のことを「温室効果ガスが赤外線を吸収しすぎてぱんぱんになった状態」のようなイメージで捉えておいでなのではないでしょうか?あたかも水を吸い込みすぎたスポンジがそれ以上水を含めないように。

そうであるならお気持ちが理解できそうです。コメントを誤読していたかもしれません。

ここで「飽和」と書いたのは、そういう(コメントをくださった方のおっしゃる「普通」の)意味ではないんですよ。本文中の私の説明ではわかっていただけなかったようですね。

残念、私の力不足です。ごめんなさいね。
2009.04.27 Mon l onkimo -. URL l 編集
これ以上の温室効果は生じない
「'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。」ということですが、赤外線は下向きの大気放射をさしています。
炭酸ガスが吸収可能な15μmの波長での上向きの地球放射は200m上空に行くまでにほぼ100%、水蒸気と炭酸ガスに吸収されていて、その結果として同じ大きさのその波長での下向きの大気放射が生じています。
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kenkyu/ke03.html
大気放射は水蒸気と炭酸ガスが地球放射を吸収することによって生じるものですから、地球放射の大きさを超えることはできません。
現時点で、近藤純正先生の図のように、15μmの波長での下向き大気放射は上限(地球放射)に達していますから、今後炭酸ガス濃度が上昇しても大気放射の増大、すなわち温室効果の増大はありえません。
地球放射の全波長域でみても、地球放射の赤外線は285ppmという産業革命前の炭酸ガス濃度を想定した場合でも、水蒸気とあわせて、100m上空までに72.9%が吸収されています。温室効果ガスによって吸収されない大気の窓領域の波長を考慮すると、温室効果ガスによる吸収の上限は77.5%です。吸収可能な地球放射の94%はすでに吸収されてしまっています。200mの高さでは99.6%でほぼ100%になります。
200mまでの大気の平均温度と、100mまでの平均温度の差はわずか0.3度です。
上記の平均温度が変わるという論理を持ち出した場合でも、どっちみち不透明になる高さが100mに下がるほど炭酸ガス濃度がものすごく上昇しても、平均温度にはわずかな差しか生じませんし、その差の上限も0.6度です。
人工衛星ニンバスからの観測でも炭酸ガスが吸収できる15μmの波長での地球放射はゼロで、宇宙空間には全く出て行っていません。その波長では成層圏の大気の220K(-53℃)の放射をとらえていますが、それは温室効果と無関係の放射です。
http://www.warwickhughes.com/papers/barrett_ee05.pdf
つまり、ちゃんと考えると炭酸ガスが増えても、温室効果は増加しないことがわかります。
飽和論は合っているのです。
ところで、上記の「地表に降り注ぐ赤外線は、地面を暖める。」というのは誤解を招く表現です。
「大気放射(地球放射が上限)が増えて地球放射(上向き)と大気放射(下向き)の差(放射冷却)が小さくなると、地表が冷えにくくなる。」というのが正確な表現です。
2010.06.21 Mon l クロップサイエンス LgqzBD46. URL l 編集
Re: これ以上の温室効果は生じない
クロップサイエンス様

長文のコメント、おつかれさまでした。

> 「'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。」ということですが、赤外線は下向きの大気放射をさしています。

えっと、「'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。」なんて書きましたっけ???書いたのかなぁ。書いたとしたらいろんな前提条件があると思うんだけど…。こんな風に切り出されると私がとんでもないバカ人間みたいですね。

いえ、確かにブログはおばかなのですが。

あと、"赤外線は下向きの大気放射をさしています。" 一体何なんですか、これは? 赤外線 = 下向きの大気放射?私の理解では赤外線は大気でなくても放射できますし、上を向いて放射される赤外線も、横を向いて放射される赤外線も存在していると思うのですが。

なんか、暗黙の前提があると思うのですが…。気付いていない私って、本当にバカ?

と、最初の文章からこの調子で躓いてしまって、私にはクロップサイエンスさんのおっしゃることがほとんど理解できなかったわけで、せっかくの長文のコメントが全くの無駄になってしまいました。いえ、だからといってわかりやすいコメントを書けと言いたいわけではありません。クロップサイエンスさんのコメントを見ていると、私もわかってもらえるような文章が書けていなかったみたいですから、お互い様でしょう。

というわけで、コミュニケーションを取るのは事実上不可能なわけですが、一つ私がうれしく思ったのは、http://www.warwickhughes.com/papers/barrett_ee05.pdf が引かれていたこと!

Barrett の Energy & Environment に掲載された論文を読まれたんですね!あの論文、私には噴飯もののダメダメ論文にしか思えなかったのですが、それを評価していらっしゃる方に訪問していただいたのは初めてです。

私がだめ論文だと思うのも、あの論文が理解できていないからだと思うのですよ。是非是非、良さを教えてください。よろしかったらレビューしてもらえませんでしょうか?
2010.06.21 Mon l onkimo -. URL l 編集
炭酸ガスの吸収波長て゜の大気放射は既に上限
「'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。」は上記の記事の図から見て9行下に書かれています。
もちろん、大気からの赤外線はいろいろな方向に向かって出ています。その中で温室効果と関係するのは下向きの放射です。
上記の記事では、「地表で観測される大気からの赤外線について、考えてみよう。」と書いていて、その下の図でも温室効果との関連で下向きの赤外線を示す矢印が書かれています。
となると、この矢印は近藤純正先生のHPの図3.11の熱収支図にある大気放射そのものと解釈するのが普通なのではないでしょうか。
http://www.youtube.com/watch?v=NxI8mteJcbM&feature=related
水蒸気と炭酸ガスによる地球放射の吸収率に関するBarrettの研究については、MANTAさんがHP(海の研究者)で引用して詳しく説明しています。
http://goto33.blog.so-net.ne.jp/2008-08-10-1
他でもかなり引用されていますので、それなりに評価されているのではないでしょうか。
高さ1000mまでの大気で、温室効果ガスが吸収できない大気の窓領域の波長以外の地球放射は水蒸気と炭酸ガスとで100%吸収してしまっています。
onkimoさんは「炭酸ガスによる温室効果は飽和していない」ということですが、上記の近藤先生のHPの図3.5の大気放射のスペクトルで、炭酸ガスが吸収できる15μmの波長で、大気放射は地球放射と同じ値になっています。
近藤先生は「温室効果気体は固有の波長の範囲で黒体以下の放射エネルギーしか出さない」と書いています。
ということは、今以上に炭酸ガスが増えても大気放射が増えて温室効果が増す余地は全くないということになります。
2010.06.23 Wed l クロップサイエンス LgqzBD46. URL l 編集
Re: 炭酸ガスの吸収波長て゜の大気放射は既に上限
クロップサイエンス様

> 「'平均'温度が上がる、ということは、つまり、赤外線が増える、ということだ。」は上記の記事の図から見て9行下に書かれています。
> もちろん、大気からの赤外線はいろいろな方向に向かって出ています。その中で温室効果と関係するのは下向きの放射です。

ああ、確かに。書いてましたね。しかし、ほんとこれだけ抜き出されると自分がバカに思える…。

で、
> あと、"赤外線は下向きの大気放射をさしています。" 一体何なんですか、これは?

ですが、やっぱりわかりません。いえ、向きについてはわかりましたが、わからないのは文言の役割です。私に対しての解説ですか?ブログ記事を書いた私への?それともこのブログの読者へ?

まあ、でも、あまり細かく見ていても仕方ないので、答えは結構です。

それより、以下に書く、私の一番知りたいことについて教えてください。

> 水蒸気と炭酸ガスによる地球放射の吸収率に関するBarrettの研究については、MANTAさんがHP(海の研究者)で引用して詳しく説明しています。
> http://goto33.blog.so-net.ne.jp/2008-08-10-1
> 他でもかなり引用されていますので、それなりに評価されているのではないでしょうか。

あちゃぁ、MANTA さん、引用してますか。どういうつもりだったのだろう。なにか悪いものでも食べたのかな?

とはいえ、よそ様のことは私にはどうでも良いのです。クロップサイエンスさんがこの論文をどのように評価されているかどうかが知りたい。引用していたくらいだから良い論文だと思われているのではないのですか?

別に MANTA さんが引用していたから Barrett 論文を信用しているわけでもないでしょ?

他の人がなんと言おうと今の私にとってはだめ論文にしか見えません。もしそれが私の誤解だとしたら、クロップサイエンスさんにその誤解を解いていただければと思います。

ということで、せっかくだからレビューしていただけませんかね?

できない事情があるなら教えていただければと思います。たとえば、面倒くさいとか。

他にもいろいろとコメントしたいことがありますし、クロップサイエンスさんも言いたいことがおありでしょうが、まず Barrett を片付けましょう。
2010.06.23 Wed l onkimo -. URL l 編集
どのような問題点があるのでしょうか
Barrettの論文について、私自身がレビューするというのはやはり面倒です。
いろいろな方が内容を紹介していますが、特段おかしいと思える点はありませんでした。
一例としてMANTA氏の分を下記に引用します。
「CO2・水蒸気・メタンなど、さまざまな気体は赤外線などの吸収・放射を行う。
このような気体を「温室効果ガス」という。この吸収強度は随分よく調べられていて、
データベースとして整理されている。その1つ「HITRAN」による値が下記にまとめられている。
Barrett, Jack, Greenhouse molecules, their spectra and function in the
atmosphere, Energy & Environment, Vol.16, No.6, pp. 1037-1045(9),
Multi-Science Publishing Co Ltd., 2005.
 http://www.warwickhughes.com/papers/barrett_ee05.pdf
Fig.6には各気体の赤外線の透過率が示されている。
Table.1には各気体の吸収率(1-透過率:単位は%)が示されている。
これによれば温室効果ガスはある周波数帯の赤外線をとてもよく吸収する。100mの厚さの空気では赤外線の吸収率は7割程である。もの凄い吸収率だ。Table.1を見るとその内訳は水蒸気の吸収率が5割強、空気中の重量比わずか0.04%しかないCO2が1割程、その他のメタン・一酸化二窒素などをあわせて1割弱といったところか。
100mの厚さでこの吸収率だから、1000mの厚さの空気の吸収率は大雑把に計算すると
0.7+(0.3*0.7)+(0.3^2*0.7)+ … +(0.3^9*0.7) ≒1 !
つまり1000mの厚さの空気で、ある周波数帯の赤外線をほとんどすべて吸収している!
実際、人工衛星で地球からの赤外線強度を観測すると、ある周波数帯でガクッと減るのだがその周波数帯は水蒸気やCO2の吸収帯とほぼ一致している。
(上記、Barettの論文のFig.9を参照)
赤外線の吸収率の大きな物質は放射率も大きいことが知られている(キルヒホッフの法則)。
水蒸気やCO2は赤外線の放射も行うので、先の実験と同様に大気を冷めさせないのである。
このように、温室効果ガスの赤外線の放射吸収による気温上昇現象がいわゆる「温室効果」
というわけだ。」

「だめ論文」とのことでしたが、Barrettの論文のどこがどのように問題なのか、具体的にご指摘いただけませんか。論点がはっきりすると議論しやすいと思います。
2010.06.26 Sat l クロップサイエンス LgqzBD46. URL l 編集
Re: どのような問題点があるのでしょうか
クロップサイエンスさん、

> Barrettの論文について、私自身がレビューするというのはやはり面倒です。

レビューが面倒と言うことですね。了解です。

> 「だめ論文」とのことでしたが、Barrettの論文のどこがどのように問題なのか、具体的にご指摘いただけませんか。論点がはっきりすると議論しやすいと思います。

それでは私が"「温暖化の気持ち」を書く気持ち"の方でレビューしたいと思います。でも、本当は論文のことを評価している人がレビューした方が良いんですよね。

ちょっと今忙しいので、しばらくお待ちください。八月中にはレビューできればと思っています。

あと、それまでクロップサイエンスさんは Barrett に関すること以外の書き込みは遠慮していただけますか?まず Barrett を片付けてしまいましょう。

よろしくお願いします。
2010.06.27 Sun l onkimo -. URL l 編集
Re: どのような問題点があるのでしょうか
クロップサイエンス様

ちょっと気になったので確認です。

クロップサイエンスさんはご自身で Barrett の論文を読まれてますか?

いえ、これまでのやりとりでクロップサイエンスさんご自身の意見が見えてこなかったので。

Barrett レビュー準備のため、念のための確認ですので、どうぞお気を悪くなさらぬよう。
2010.06.30 Wed l onkimo -. URL l 編集

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