なぜデータがない大昔の気候もわかるの?「年輪幅」研究の大進化

坂田薫『コテコテ文系も楽しく学ぼう!化学教室』第2回
2021年05月23日 06:00
化学講師
  • 樹木の年輪幅からわかることは?変動パターンからデータのない時代の復元も
  • 年輪に含まれる同位体を調べることでわかるようになった画期的な研究とは
  • 降水量データと歴史学の連動も。気候変動に強い社会システム構築をめざす

先週末、西日本を中心に梅雨入りしましたね。今年は平年より大幅に早く、近畿は統計史上最も早いとか。これから台風シーズンにかけて、大雨に警戒が必要です。特に2019年と2020年は、台風や豪雨など数多くの災害に見舞われました。「自然を目の前にすると人間は無力だ」「私たちにできることは備えしかない」と実感した人も多かったのではないでしょうか。

そんな中、ひっそりと自然が残してくれたものがありました。2020年7月豪雨で倒れた樹齢1200〜1300年と伝えられている大杉です。この大杉から過去1000年分の気象データがわかるといいます。自然が残してくれた過去の情報を、人間はどのようにして読み取り、何に活かしていくのでしょうか。

樹木の年輪幅からわかること

まず、樹木の年輪は1年に一つずつ増えていくため、年輪を数えることで、その樹木の樹齢がわかります。そして、もう一つ。年輪の幅からその年の気候がわかります。気温が高い年は年輪幅が広く、気温の低い年は年輪幅が狭くなるといった具合です。

Milan_Jovic/iStock

実際に、過去50年分の年輪幅の年変動と気温の年変動を照らし合わせると、両者の変動パターンがほぼ同じであったという結果が得られました。これはすなわち、年輪幅の変動を調べれば、データの残っていない時代の気候も復元できるということです。復元したデータは、未来の環境変化を予想するうえで非常に重要なものになります。

しかし「研究対象になる樹木が非常に限られていること」そして「年輪幅の変動パターンが樹種ごとに異なること」から、年輪幅の変動に関する研究は困難を抱えた状態でした。

ところが、21世紀に入り、年輪に含まれる「同位体」を調べることで、どんな環境のどんな種類の樹木からも共通した気象データを抽出できるようになったのです。

同位体からの降水量復元

同位体とは、一言でいうと「同じ元素で重さが異なるもの」です。たとえば、「酸素(元素記号はO)」には重さを表す数値が16のものと18のものがあり、それぞれ「酸素16」「酸素18」といいます。そしてこの2つを、酸素の同位体とよびます。これにより、酸素Oと水素Hから構成されている水(H2O)にも、重さの異なる2つが考えられます。「酸素16」で構成される「比べて軽い水」と、「酸素18」で構成される「比べて重い水」です。

樹木は根や葉から、これら水(「比べて軽い水」や「比べて重い水」)を取り込み、光合成を経て、最終的に主成分の「セルロース」という物質を作り成長していきます。年輪も、このセルロースからできています。よって、取り込んだ水に含まれている酸素(「酸素16」・「酸素18」)が、年輪にも同じ割合で含まれることになります。

たとえば、雨の少ない年は空気が乾燥しているので、葉から水が蒸発しやすくなります。このとき、「比べて軽い水」のほうが蒸発して出ていきやすいため、葉に残る「比べて重い水」の割合が高くなります。すなわち、その年の年輪に含まれる「酸素18」の割合も高いのです。

Juliasv/iStock

このように、年輪に含まれている酸素の同位体の比率を調べ、「酸素18」の割合が高いと雨が少なかった年、「酸素18」の割合が低いと雨が多かった年だとわかります。この方法は、特に光合成が盛んな夏の降水量を高精度で復元することが可能です。

日本ではこの研究が世界で飛び抜けて進んでおり、日本全体では約4000年から5000年前までの降水量の変動が連続したデータになりつつあります。

気候変動で政変の歴史がわかる!?

この研究は「気候変動を調べ、今後の気候を予想する」だけでは終わりません。

得られた過去4000年以上の連続した降水量のデータを歴史学と連動させるのです。その結果、降水量のデータは文献史料にある洪水や干ばつの記録と一致しており、その都度、政治体制の転換が起きていることがわかったのです。

大きな気候変動が起きたとき、日本社会がどう混乱し人々がどう対応したのか。それが成功したのか、失敗したのか。そして、成功したのはどんなコミュニティーだったのか。

歴史学と連携し、それらを解き明かすことで、気候変動に強い社会システムを見つけることを目標に研究が進められています。

現在、私たちは、コロナウイルス、原発の問題や環境問題に直面しています。きっと「これらに対してどう対応すればいいのか」のヒントは過去の歴史のなかにあり、「これらに対してどう対応したのか」は、未来の人々の大きなヒントになるはずです。

 

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