暴走温室効果について

 知られざる強大な温室効果ガス「水蒸気」。これをふまえると「人為的に地球を温暖化なんて本当にできるの?」って感じですけど、この水蒸気、なかなかの曲者で、敵か味方か分からないんです。
 水蒸気はとにかく赤外線をめちゃくちゃ吸収するので、これが増えると、当然気温は上昇します。すると水がより蒸発し、たくさん水蒸気が出来ます。
 ここまでは分かりやすいと思うんですけど、ここから二通りのシナリオが考えられます。
 
 ひとつめが「正のフィードバック」で、水蒸気が増えてさらに地球の気温を上げて、それによって、よりたくさんの水が水蒸気になって、その水蒸気がさらに地球の気温を上げて・・・とえんえん繰り返され、最終的に地球の海が全部干上がって気体になっちゃうという、すごく恐るべきシナリオです。
 この状態を「暴走温室効果」といい、金星などで起きたと考えられています。
 
 ふたつめは「負のフィードバック」で、中学校で習うように、増えた水蒸気がふわふわと上空にのぼっていって、気温が下がり再び水に戻って雲を作る、というシナリオです。
 雲がたくさんできるということは、太陽からやってくる短波放射を地上に到達する前に、たくさんはね返してしまう(雲は白い上、雲を作る水滴は、太陽の短波放射をほとんど吸収しない)ので、地球の地面からの赤外放射の量が減り、その放射によって熱を吸収する大気の温度も下がるというわけです。
 
 おっかない響きの暴走温室効果ですが、つまりは水蒸気が雲になっちゃえば起きないってことなんですかね?
 頑張れ!地球の雲!!でも頑張り過ぎると今度は氷河期みたいに寒冷化になるのか・・・う~ん、ほどほどに頑張れ!

温室効果ガスについて

 いよいよ今回地球温暖化の本丸、温室効果ガスについて考えていきます。

 地球の温暖な気候には大気が大きく関わっている事を考えてきました。ちなみに計算をすると、太陽からやってくる短波放射を地球が吸収した時の熱量「πr2×(1-A)F0」と、地面からの熱を吸収した大気が、地球を暖める熱量「4πr2×ε×σ×Tair4」は、地球全体(昼夜が反対の北半球、南半球ひっくるめて)で考えると、大気からもらう熱の方が大きいそうです。
 この計算は、先生に詳しく説明を聞いてないので、さっぱりです。すいません。

 そして、大気の熱の吸収率はイプシロン(ε)であらわすのですが、その度合は二酸化炭素をはじめとする、温室効果ガスの濃度によって変わります。温室効果ガスは大気の熱、赤外線の吸収率を上げてしまいます。
 
 二酸化炭素は、温室効果ガスの大御所的存在で、化石燃料やプラスチックや木、つまりは有機物を燃やしたときに発生します。
 温室効果ガスには、他にもいくつか種類があって、家畜のゲップやウンチから発生するメタンガス、これは何気に二酸化炭素の21倍の温室効果があります(でも自然界で分解されるのは早いらしい)。
 そして一酸化二窒素N2O、これは排出規制がかかって現在は排出量が減っていますが、二酸化炭素の310倍の温室効果があります。極めつけはCFC、クロロフルオロカーボン、いわゆるフロンガスで、かつてオゾン層に穴をあけたりと大暴れしましたが、これ、なんと二酸化炭素の数万倍!の温室効果があるそうです。
 これら温室効果ガスを何とかしようと、現在エコブームで頑張っているわけです。

 しかしここで挙げた四つのガスは、人為的に発生させたり、また逆に抑制“できそう”な、温室効果ガスなのです。
 SF作家マイクル・クライトンは「人間は飛行機は作れるが、空自体は作れない。人間の力など自然に比べれば、ちっぽけなものだ。」と言いましたが、まさにその通りで自然界には人類の力では到底どうにもならない、とんでもなく巨大な勢力が存在するのです。

 それが「水=水蒸気」です。
 温室効果ガスと言ったら、やはり二酸化炭素をやり玉にあげることが近年多いですが、実は何を隠そう温室効果の最大最強の原因は水蒸気で、そのパワーは人間がどうこうできるレベルじゃない。
 強大な勢力すぎて、水蒸気は温室効果ガスから外されているのです。もう温暖化の陰の黒幕で、どうにもならない。大気中の水蒸気なんて、複雑すぎてバタフライ効果、人類には制御できないんです。

東京都、教員を地方でスカウト?

 2007年問題とか言って、団塊の世代の一斉退職から、現場の教員の数が減って採用枠が増えたんですよね。だから私の先輩などは相当教員採用試験に苦しんで、年に一人くらいしか受からなかったんですけど、私の学年から受かる人数が増えてきて、新井先生によれば今年はたくさん受かったそうな。

 特に、東京都や大阪、千葉などは倍率がかなり低く、人材不足に悩まされているのは知っていました。私もかつて一回だけ地元の教員採用試験を受けたことがあるんですけど、面接はまあそこそこ、一般教養、教職教養は9割がたできて、なんとか踏ん張ったのですが、肝心の専門教科「美術」がまったくできなくて駄目でした。新井先生が泣きますね。
 実技試験で私が大嫌いな現代アートの課題が出てしまって、「熱」をテーマにスチレンボードでオブジェを作りなさい、って内容だったのですが、「そもそも熱ってなんだ・・・?」と長考に陥ってしまい、三時間も何も作れず結局何もいいアイディアが浮かびませんでした。「スチレンボードの切れはしもすべて使いなさい=ゴミを出すな」ってことだったので、「これは究極的に難しい、数学のパズルか!?」ってなっちゃってダメでしたね。

 しかし地方の教員採用試験に落ちた人に面接を持ちかけるとは、東京都はすごい!今は、もしかしたら最も教員になりやすいのかもしれないですね。私も受けてみようかな。
 でも免許が小学校と、中学校と高校の美術しか持ってないんだよな・・・美術ってどうしても「評価における教員の主観性の問題」に突き当たっちゃうんで、辛いんですよね。
 もう生徒に自己評価させちゃえばいいじゃんって思うんですけど。それでみんな通知表5。今は相対評価じゃなくて、絶対評価なんだし、いいじゃんって。
 嫌いな生徒に適当な理由つけて「ヘタクソ」って評価して、お気に入りの女の子に「センスがある」って手抜きの絵を評価しちゃう人もいますからね。つまり、絵の評価なんてどうとでも言えるんです。

大気の熱吸収について

 地球は本来-18℃という放射平衡温度になるはずなのですが、大気のおかげで+33℃も温度がアップして平均気温15℃を保っています。
 これは言うまでもなく地球の大気が太陽の熱(短波放射)を吸収してくれて、吸収した熱を放射することによって地球を暖めてくれています。

 ここでステファン=ボルツマンの法則を少し改造します。「E=σ×T4」は全ての光を吸収する、完全なる黒、「黒体放射」を想定した場合なので、大気は勿論そんなブラックホールではないので(ブラックホールですら厳密には黒体ではないか)、「イプシロンε」を「吸収率」として、この式にかけてやります。よって「E=ε×σ×T4」となります。
 例えば、吸収率が80%の場合ε=0.8になります。これはつまり赤外線を80%吸収し、20%をスルー(透過)してしまうという事です。そして吸収した熱は、放射されて、物体の周囲を暖めるのです。

 たとえば、太陽(sun)が地球に「σ×T4sun」だけ短波放射をするとして、大気の吸収率をεとします。すると大気(air)はε分熱を吸収するので、大気の温度は「Tair×ε」になり、「(1-ε)×σ×T4sun」はそのまま大気をすり抜け、地表に行っちゃいます。
 また大気がε分吸収した熱は放射され、その放射量は「E=ε×σ×T4air」となります。

 つまり地球の地表は「大気をスル―した太陽の熱」と「太陽熱を吸収した大気が放射する熱」の合計分、暖められることになります。
 よって「大気をスルーした太陽熱+大気の熱」なので

(1-ε)×σT4sun + ε×σ×T4air

となり、これを計算すると

=σT4sun-εσT4sun+εσT4air
=σT4sun-σ×ε(T4sun-T4air)

となります。
 つまりこの式が言いたいことは、太陽熱「T4sun」と大気熱「T4air」の数値が同じだと、かっこの中が「0」になって、「σT4sun-σ×ε(0)」=「σT4sun」になるということ。
 そして太陽熱が大気熱よりも大きい場合は、かっこの中が「正の数」になるので、地表の温度は下がるということ。(「σT4sun-σ×ε(+の数)」で最終的に引き算になるから)
 逆に大気熱が太陽熱よりも大きい場合は、かっこの中が「負の数」になるので、地表の温度は上がるという事です。(「σT4sun-σ×ε(-の数)」で最終的に足し算になるから)
 ちなみに大気をスルーした熱は、地面から放射される赤外線(4πr2×σT4)となります。

計算してみよう

 地球の熱収支計算(大気なしバージョン)を、「数学嫌い」ってほうりなげちゃうのは、塾のバイトしている以上やっぱ良くないんで「T=4√F0×(1-A)/4σ」を頑張って解いてみます。
 地球はエネルギーを30%反射しちゃうので、「太陽定数1370×0.7=959」
 分母は「4×σ」で、σに5.67×10のマイナス8乗、つまり「5.67÷一億(J・s-1・m-2・K-4)」を代入して、「0.000000057×4=0.000000228」
つまり959÷0.000000228=4206140351(すごい数だ)
 四乗して4206140351になる数は、電卓使うと255の四乗=4228250625が一番近いんで(254の四乗だと4162314256、256の四乗だと4294967296)、やっぱり答えは255になるっぽいです。
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