氷河期

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氷河期のイメージ
(写真はエイヤフィヤトラヨークトル氷河
氷河期の新人の暮らしの様子(模型、愛知県犬山市・リトルワールド

氷河期(ひょうがき、ice age)は、地球気候が長期にわたって寒冷化する期間で、極地の氷床や山地の氷河群が拡大する時代である。氷河時代(ひょうがじだい)、氷期(ひょうき)とも呼ばれる。まれに氷河と書かれることがあるが、地質時代を区分する単位()ではないため正しくない。

概説[編集]

氷河学的には、氷河期という言葉は、南半球北半球氷床がある時期を意味する事が多く、この定義によれば、グリーンランド南極に氷床が存在する現代、我々は未だ氷河期の中にいることになる。過去数百万年に関して言えば、氷河期という言葉は一般的に、北アメリカヨーロッパ大陸に氷床が拡大した寒冷期について用いられる(アジア地域は氷床が発達せず寒冷な地帯であったらしい)。この意味で言えば、最後の氷河期は1万年前に終了したということになる。この約1万年前に終わった出来事を、文献によっては「最後の氷河期」と記載していることもあるが、科学者の多くは氷河期が終わったのではなく、氷河期の寒い時期「氷期」が終わったとし、現在を氷期と氷期の間の「間氷期」と考えている。そのため、最終氷期終了後から現在までの期間を後氷期と呼ぶこともある。

ここでは、氷河期は氷河学的な意味で使用し、氷河期の中の寒い時期を氷期(ひょうき、glacial)、氷河期の中のかなり暖かい時期を間氷期(かんひょうき・かんぴょうき、interglacial)と呼ぶ。

過去数百万年は、4万年から10万年の周期で多くの氷期が起こり、これについては研究がさかんに行われている。各氷期と間氷期ではそれぞれ平均気温が異なり、最近の氷期では年平均気温で7-8℃以上低下したというデータもあるが、「気温何度から氷期」というわけではない。その間にも小氷期、小間氷期が認められる。ヨーロッパでは古い方から「ギュンツ」、「ミンデル」、「リス」、「ウルム」の4氷期に区分されている。

数万年単位などの短期的視野ではなく、さらに大局的・長周期的に見ると過去地球上では、少なくとも4回の大氷河期があった。過去五億年の周期図について代表的な氷河期の項目で後述する。

この長い「氷河時代」が重要なのは人類の進化に並行しているからである。氷期が訪れると海岸線が極端に遠退き、陸上の大部分が氷に覆われる。そのため動植物も激減し、動植物を食料とする狩猟採集生活の人類にとっては、大きな打撃であった。人類(猿人)になる前は樹上生活であったらしいが、氷期の環境で地上生活を始め、2足歩行を開始し人類となったというのが通説である。

氷河期理論の起源[編集]

ヨーロッパの山岳地帯に住む人々にとって、過去には氷河がより広がっていたというのは一般的な知識であり(Imbrie and Imbrie 25ページには木コリがスイスのグリムゼル氷河の過去の広がりについて Jean de Charpentier に語ったことが引用されている)、誰かがこのアイデアを作り出した訳ではない[4]。J. Charpentier はこの説を支持する証拠をまとめあげた。1836年には理論をルイ・アガシーに納得させ、アガシーは、Étude sur les glaciers1840年に出版した。

この最初の段階で研究されたのは現在の氷河期の中で過去数十万年に起こった氷期についてであり、更に過去の氷河期の存在については想像されもしなかった。

氷期の証拠は様々な形で得られる。岩が磨かれたり削られた跡(擦痕)やそのような浸食作用をうけてきた独特の形状の岩(羊背岩など)、氷河の末端や縁辺に堆積した角礫(モレーン)、独特の氷河地形(ドラムリン、氷河谷など)、「ティル」や「ティライト」等の氷河性堆積物である。しかし繰り返し起こる氷河作用が、それ以前の氷河作用の地質学的証拠を変形・消去することで解釈を難しくしており、現在の理論に到達するまでには時間がかかった。

近年では氷床コアや海底堆積物コアの解析により、氷期間氷期の過去数百万年を明らかにすることが可能になっている。

代表的な氷河期[編集]

過去5億年間の気候変化(横軸は単位百万年前、縦軸は温度の指標)

過去地球上では、少なくとも4回の大きな氷河期があった。

24億年前から21億年前頃の原生代初期に最も古い氷河期(ヒューロニアン氷期 Huronian glaciation)があったことが仮説として考えられている。

証拠が残っているもので一番古いのは(原生代末期)の7億5千万年前からの氷河期(スターティアン氷期 Sturtian glaciation(~7億年前)およびマリノア氷期 Marinoan glaciation(~6.4億年前))で、過去10億年のなかでおそらくもっとも厳しいものであり、氷が赤道まで覆いつくしスノーボールアース(全地球凍結、全球凍結)を作り出した。この氷河期の終結が引続き起きたカンブリア爆発の原因になったと言われているが、この説はまだ新しく現在も論争の的である。

古生代には、4億6千万年前から4億3千万年前にかけて小さな氷河期(アンデス−サハラ氷期 Andean-Saharan glaciation)があり、同じく古生代の3億6千万年前から2億6千万年前にかけてにも氷河の拡大期(カルー氷期 Karoo Ice Age)があり、このときには生物の大量絶滅が起きている。

過去およそ5百万年間の氷期、間氷期の変動を示す堆積物の記録(横軸は単位百万年前、縦軸は地球上の氷床量の指標)

現在の氷河期は、4000万年前の南極氷床の成長により始まり、300万年前から起きた北半球での氷床の発達とともに規模が拡大した。更新世に向かうにつれて更に激しくなり、その頃から氷床の拡大と後退の繰り返しによる4万年と10万年の周期が世界中で見られるようになった。最後の氷期(最終氷期)は約1万年前に終った。

氷期と間氷期[編集]

それぞれの氷河期と氷河期の間には数百万年続く温暖な期間がいくつかある。更に氷河期の期間中にも(少なくとも最近の氷河期では)より寒冷な時期とより温暖な時期がある。より寒冷な時期が「氷期」、より温暖な時期が、例えば「エーミアン間氷期」のように、「間氷期」と呼ばれている。

過去45万年間の気候変化と氷床量の変化(横軸は単位千年前)

最近の氷期が終わったのは、1万年ほど前である。現在は典型的な間氷期が1万2000年ほど続いていると考えられているが、氷床コアデータによる精密な時期の断定は難しく、世界的な寒冷化をもたらす新しい氷期が間もなく始まる可能性もある。今のところ「温室効果ガス」を増加させている人為的な要因の方が、ミランコビッチの軌道周期のどの影響よりも重いだろうと信じられているが、地球軌道要素に対するより最新の研究は、人間活動の影響が無いとしても、現在の間氷期は少なくとも5万年は続くだろうとも示唆している。

氷期と間氷期の変動に関連して、アメリカ国防総省が専門家に依頼して作成した地球温暖化の影響による大規模な気候変動を想定した安全保障についての報告書(Schwartz, P. and Randall, D. 2003)[1]の存在が2004年に明るみに出て注目を集めた。 それによると、地球温暖化による海流の変化が原因で、北半球では2010年から平均気温が下がり始め、2017年には平均気温が7~8℃下がるという。逆に南半球では、急激に温度が上がり、降水量は減り、旱魃などの自然災害が起こるという。

氷河期が起こる原因[編集]

主な3つの要因[編集]

なぜ「氷河期」が起こるのか。これは大きなスケールで起こる氷河期についても、氷河期の中で起こるより小さな氷期/間氷期の繰り返しについても、いまだ議論されている問題である。一般的な総意としては、大気組成(特に二酸化炭素メタンのフラクション)と、「ミランコビッチ・サイクル英語版)」として知られる、太陽を回る地球の軌道要素(おそらく銀河系を回る太陽系の軌道も関係する)、大陸の配置の組み合わせ、の3つの要素が組み合わされたものがその原因とされている

大気組成の変化[編集]

3つの要因のうち、最初の「大気組成の変化」は特に最初の氷河期について重要な原因とされている。スノーボールアース仮説では原生代後期の大規模な氷河時代の始まりと終りは、大気中の二酸化炭素濃度の急激な減少と、急激な上昇が原因であると主張している。残りの二つの要素については、現在最も議論が盛んに行われている。

大陸の配置[編集]

北極圏と南極圏に大陸がどれだけ配置されているかが、氷河期が起こる際に重要であることがわかってきた。特に、新生代氷河期が始まった原因は大陸の配置の変化によるところが大きいとされる。それは、大陸の存在によって寒冷期に雪や氷が集積することが可能になり、この現象はアルベド効果のような正のフィードバック効果の引き金となるからである。また、大陸の配置は海洋大気の循環システムにも大きな影響を与える。

新生代氷河期開始の原因[編集]

新生代の気候変化。横軸は単位100万年前。

新生代の氷河時代が始まった原因の大きなものとして南極大陸の移動がある。中生代ゴンドワナ大陸の一部であった南極大陸の分裂と南への移動によって南極大陸の寒冷化が始まり、分裂と南下によって発達した南極環流が南極大陸への熱輸送を遮るようになり更に寒冷化を進めた。4000万年前には南極の氷床の成長が始まり、3000万年前には巨大な氷床で覆われるようになった。その後、300万年前頃から北半球でも氷床の発達が始まったが、この原因としては、北アメリカ-ユーラシア大陸の配置に加えて、パナマ地峡の形成による大規模な海流の変化、ヒマラヤ山脈の隆起による大気システムの大きな変化が提唱されている。

地球軌道要素の変化[編集]

地球軌道要素は長期にわたる氷河期では大きな原因とはならないが、現在の氷河期の中で交互に起こっている凍結と溶解の繰り返しのパターンを支配しているように見える。地球軌道とアルベドの変化の複雑なパターンによって、氷期と間氷期の二つのフェーズが起こるようである。

氷河期については現在の氷河期、特に最近40万年間について詳しく研究され理解が進んでいる。最近40万年のデータは、大気組成や気温、氷床量の指標が記録されている氷床コアの分析から得ることができるからである。この期間は氷期/間氷期の繰り返しがミランコビッチの提唱した周期(ミランコビッチ・サイクル)とよく呼応しているので、その説明として軌道要素が一般的に受け入れられている。太陽からの距離の変化(軌道離心率)、地軸の歳差運動、地軸の傾き(傾斜角)が複合して、地球が受ける日射量の変化に影響を与えている。特に重要なのは季節性に強い影響を与える地軸の傾きの変化である。たとえば、北緯65度における7月の太陽光の入射量は計算によれば最大で25%(1平方m当たり400Wから500W)変化するとされている([5]のグラフ参照)。夏が涼しい時、前の冬に積もった雪が溶けにくくなるので氷床は前進するというのは広く考えられていることである。日射量のわずかな変化は「前の冬の雪が完全に溶解する夏」と「次の冬まで溶けずに残る夏」の間のバランスを調節する。何人かの研究者は、軌道要素は氷期の開始の引き金になるには弱過ぎるとしているが、二酸化炭素のようなフィードバック機構でそれは説明できる。

ミランコビッチ説の問題点[編集]

ミランコビッチ周期は、地球軌道パラメーターの周期的な変化が氷河作用の記録に表現されているであろうと予言したが、氷期/間氷期の交代にどのサイクルがもっとも重要であるのかについては更なる説明が求められている。特に過去80万年の間、氷期/間氷期が繰り返す周期は10万年が支配的であり、これは地球軌道要素離心率軌道傾斜角の変化に対応しているが、ミランコビッチに予言された3つの周期の中でははるかにもっとも弱いものである。300万年前~80万年前までの間、氷河作用の支配的なパターンは、地軸の傾き(傾斜角)の変動の4万1000年周期に対応していた。一つの周期が他のものより卓越する理由はまだ理解されておらず、現在重点的に研究が行われている分野であるが、その回答は、おそらく地球の気候システムの中で起こる共鳴現象と関係すると予想される。

最新の研究[編集]

従来のミランコビッチの説では10万年周期が支配的な時期が過去8回あったことの説明が難しい。Muller と MacDonald らの研究 ([2][3][4]) では、それは軌道の計算が2次元的な手法に基づいているからであり、3次元的な解析を行えば傾斜角にも10万年周期が現れると指摘している。彼らは、これらの軌道傾斜角の変化が日射量の変化を導いていると述べており、同様に太陽系のダストバンドと地球軌道との交差が影響している可能性も提示した。これらは従来提唱されてきたメカニズムとは違うものだが、計算結果は「予言されていた」最近40万年間について得られているデータとほぼ同じ結果を示している。Muller 及び MacDonald の理論は Rial [5] により反論されている。

他には Ruddiman が10万年周期をもっともらしく説明するモデルとして、2万3000年の歳差運動の周期に対する離心率(弱い10万年周期)の変調効果が、4万1000年と2万3,000年の周期でおこる温室効果ガスフィードバック効果と結びついたという説明をしている。

また、他の理論では Peter Huybers による研究が進んでおり、4万1000年周期がいつも優勢なのであるが、現在は2番目か3番目の周期だけでも氷期へのトリガーとなりうる気候モードに入っているということを議論している。この研究では、10万年周期は8万年と12万年の周期が平均されているものを本当は錯覚しているのではないかと暗示している[6]。この理論は年代測定の不正確さが存在することと整合した矛盾の無いものであるが、現在のところ広く受け入れられているわけではない[7]

最近の氷期・間氷期と最終氷期[編集]

更新世の氷期と間氷期には名前がつけられている。最近のものから新しい順に並べられている(年代は1000年BP)。北米、北欧、アルプス(ドイツ)、ロシア、イギリス、イタリア、南米、ニュージーランドの研究者は別の名称を使ってきた。日本ではアルプス名を使うことが多い。

北米 北欧 アルプス 日本 氷/間氷 年代
後氷期 間氷期 15–
Wisconsinian Weichsel or Vistula Würm ヴュルム 氷期 15–70
Sangamon Eemian Riiß-Würm 間氷期 70–130
Illinoian Saale Riß (Riss) リス 氷期 130–180
Yarmouth Holstein Mindel-Riß 間氷期 180–230
Kansan Elster Mindel ミンデル 氷期 230–300
Aftonian Cromer Günz-Mindel 間氷期 300–330
Nebraskan Elbe Günz ギュンツ 氷期 330–470
Waalian 間氷期 470–540
Weybourne Donau II ドナウII 氷期 540–550
Tiglian 間氷期 550–585
Donau I ドナウI 氷期 585–600

南北の大陸氷床の発達により、最近の氷期間氷期では海水準が大きく変動したことが知られている(ただし時代を遡ると地殻変動の影響が無視できなくなる)。蒸発した海水が両極に氷床として固定されるため、地上の海水の体積全体が減少し、結果として世界的に海水準が低下する。反対に氷期の終了に伴って融解水が海洋に還元されると海水準は上昇する。酸素同位体比曲線によって示される氷床量の変動は、特に新しい時代になるにつれて、世界的な海水準の変動を反映しているといって良い(上記「過去およそ5百万年間の氷期間氷期の変動」グラフ参照)。その変動幅は最近の氷期では100m以上におよぶ。

日本近海では、太平洋日本海を結ぶ海峡の深度が浅いため、少なくとも過去数十万年の間の氷期では、海水準の低下に伴って対馬暖流の流入が止まり、気候に大きく影響を与えた。氷期には寒冷化のために亜寒帯林が西日本まで分布していた。また、対馬暖流が流入しないため(現在の日本海側の降雪は対馬暖流の蒸発量に影響を受ける)氷河は日本アルプスおよび北日本の高地にわずかに発達するのみであった。それでも、これらの氷河が最終氷期に形成したカールモレーンなどの氷河地形は現在の日本アルプスや日高山脈で明瞭に確認することができる。

最も後の氷期は最終氷期とも呼ばれる。最終氷期の終了後、人類が定住し農業が発展するという出来事が起こった。このことは農業の発達が人類の生活様式と深い関係があるということであろう。

亜氷期と亜間氷期[編集]

氷期もしくは間氷期が続く間に、更に細かな気候の変動が見られることがある。寒い時期を亜氷期 (stadial)、温暖な時期を亜間氷期 (interstadial) と呼ぶ。最終氷期終了前後から現在にかけてはヨーロッパの泥炭湿地で発見された花粉層序がしばしば用いられ、現在では最終氷期終了~後氷期にかけての気候変化を表現する際に幅広く使われている。

ヨーロッパの花粉帯
花粉帯 花粉層序 年代 植生 ヨーロッパの考古学的時代区分 気候
IX サブアトランティック (Sub-Atlantic) 500 BCE-現在 草本類、マツ類、海岸性森林帯の拡大 鉄器時代 冷涼-温暖湿潤(亜間氷期)
VIII サブボレアル (Sub-Boreal) 3000 - 500 BCE ナラ類の混合林 青銅器時代-鉄器時代 温暖乾燥(亜氷期)
VII アトランティック (Atlantic) 5500 -3000 BCE ナラ類の混合林 新石器時代-青銅器時代 温暖湿潤(亜間氷期)
V and VI ボレアル (Boreal) 7,700 - 5,500 BCE マツ/カバノキ林混合林の増加 中石器時代 温暖乾燥(亜氷期)
IV プレボレアル (Pre-Boreal) 8,300 - 7,700 BCE カバノキ林 後期旧石器時代-前期/中期中石器時代 冷涼(亜間氷期)
III ヤンガードリアス (Younger Dryas) 8,800 - 8,300 BCE ツンドラ 後期旧石器時代後半 寒冷(亜氷期)
II アレレード (Allerød Oscillation) 9,800 - 8,800 BCE ツンドラ、カバノキ林 後期旧石器時代後半 温暖(亜間氷期)
Ic オールダードリアス (Older Dryas) 10,000 - 9,800 BCE ツンドラ 後期旧石器時代後半 寒冷(亜氷期)
Ib ベーリング (Bølling Oscillation) 10,500 - 10,000 BCE park ツンドラ 後期旧石器時代後半 冷涼-やや温暖(亜間氷期)
Ia オールデストドリアス (Oldest Dryas) 13,000 - 10,500 BCE ツンドラ 後期旧石器時代後半 寒冷(亜氷期)

脚注[編集]

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  1. ^ Peter Schwartz and Doug Randall, An abrupt climate change scenario and its implications for United States national security, October 2003, http://www.accc.gv.at/pdf/pentagon_climate_change.pdf (PDF)
  2. ^ Richard A. Muller and Gordon J. MacDonald, Spectrum of 100-kyr glacial cycle: Orbital inclinatio, not eccentricity, PNAS August 5,1997 vol.94 no.16 8329-8334.[1]
  3. ^ [2]
  4. ^ Richard A. Muller and Gordon J. MacDonald, Glacial Cycles and Astronomical Forcing, Science Vol.277, pp215-218, 11 July 1997.[3]
  5. ^ http://pangea.stanford.edu/Oceans/GES290/Rial1999.pdf (PDF)
  6. ^ Peter Huybers1 and Carl Wunsch, Obliquity pacing of the late Pleistocene glacial terminations, Nature, 2005http://darchive.mblwhoilibrary.org:8080/dspace/bitstream/1912/555/1/ObliquityPacing.pdf (PDF)
  7. ^ Nature 434, 2005, http://web.mit.edu/~phuybers/www/Doc/Obliquity_HuybersWunsch.pdf (PDF)

参考文献[編集]

  • エドマンド・ブレア・ボウルズ 『氷河期の「発見」: 地球の歴史を解明した詩人・教師・政治家』 中村正明訳、扶桑社ISBN 4-594-05143-X
  • リチャード・B. アレイ 『氷に刻まれた地球11万年の記憶 : 温暖化は氷河期を招く』 山崎淳訳、ソニーマガジンズISBN 4-7897-2283-X


関連項目[編集]