【 二酸化炭素】

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炭素は地球の上をぐるぐるまわってる!『大気の進化46億年 O2とCO2 ―酸素と二酸化炭素の不思議な関係―』田近英一 著 技術評論社 刊

 今、人類の大きな課題になっている二酸化炭素による地球温暖化と深く関係している「炭素循環」の本です。
 著者は東京大学大学院の教授で、ほかにも地球環境史の本を出版しています。

 地球温暖化は知っていても、「炭素循環」は聞いたことがないかもしれません。
 でも、二酸化炭素による地球温暖化を理解するためには、「炭素循環」はとても重要な事。
 それを説明してくれるのがこの本です。

 「炭素循環」について強引に短い説明をしてみると。
 炭素は地球にある元素の一つ。
 それが形を変えて、地球の上を、空から海から地面の下の深くまでぐるぐる長い時間をかけて循環しています。
 それが「炭素循環」。
 その途中の姿が植物であり、動物であり、石油や石炭であり、空気の中の二酸化炭素でもあります。
 つまり、地球温暖化の元凶と言われる二酸化炭素も、いずれ地面の下へと姿を変えていくものです。

ドライアイスにすると二酸化炭素も見えます

 実は、地球ができたときはもっとたくさんの、もしかしたら空気のほぼ100%が二酸化炭素だったともいわれます。
 それが現在のほぼ0%(0.04%)まで減ったのは、二酸化炭素が炭素循環で地球の色んな所に溜まっていったから。
 その仕組を地球の成立から解説してくれるのが、この本。

 あれ、世間で言われることとちがう!
 と思うかもしれません。
 ただ、炭素循環にかかる時間はとても長く、およそ50万年ともいわれ、場合によってはもっとかかります。
 人間からすると永遠にも思えますが、地質の時間ではほんの一瞬。
 しかし地球温暖化の原因とされる二酸化炭素の増加は、この200年ほどのこと。
 炭素循環の2500分の1の時間。
 時間のスケールがぜんぜんちがうのです。

石炭は地面の下に閉じ込められた炭素(大阪市立自然史博物館)

 ですから馴染みのないことばかりで、ちょっと難しく感じるかもしれません。
 そういうときは、とりあえずややこしい途中の部分はおいといて、「これがこうなる」と原因と結果だけを覚えておいて、ややこしい部分はあとまわしに。
 そして大切なことは、頭を柔らかくすること。
 地球規模の出来事は、日常の中で感じる自然現象とはちがいます。
 「常識」にとらわれず、柔軟さが必要です。

 この本に書かれていることから考えてみると。
 二酸化炭素の元になる炭素。
 それが地球レベルでぐるぐる回っているのですが、現在の地球で炭素があるところは、空気中、海中、そして地面の下。
 植物がありませんが、植物が取り込んだ二酸化炭素は、植物が死ぬとまた二酸化炭素になって空気中に戻っていきます。
 もちろん、それには何十年、何百年かかりますが、炭素循環の50万年に比べればほんの一瞬。
 そのため空気中にあるのと同じとして考えられています。

大きな木が蓄えた二酸化炭素もいずれは空気の中に戻ります

 それぞれの場所にどのくらいの炭素の量があるかというと、海に溶けている炭素は空気の50倍の量。
 そして地面の下には空気の17万倍の量。
 今、問題になっている二酸化炭素は植物を燃やしてできものではなく、地面の下の化石燃料を燃やしてできたもの。
 つまり、空気の17万倍の炭素です。
 単純に考えれば、木を育てるのではなく、地面の下に二酸化炭素の中の炭素を戻さなければならないはず。
 本当に、木を植えれば化石燃料を燃やした分の二酸化炭素を空気から取り除くことはできるのでしょうか。

 地球温暖化と増える二酸化炭素の問題は、思っていたよりも複雑です。

■参考外部リンク■
田近研究室
大気の進化46億年 O2とCO2 ―酸素と二酸化炭素の不思議な関係―:書籍案内|技術評論社

大気の進化46億年O2とCO2 [ 田近英一 ]

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タグ: 大気の進化46億年O2とCO2田近英一二酸化炭素炭素循環地球温暖化

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二酸化炭素はぐるぐるまわる その3「二酸化炭素と植物」


 今、地球温暖化の原因として問題になっている二酸化炭素。

 地球にはもともとはもっとたくさんの二酸化炭素がありましたが、空気中から取り除くシステムのおかげで、ほとんどなくなるまで減ったのが、現在の地球。

 前回は海のシステムについて書きましたが、もちろん陸上でも二酸化炭素を取り除くシステムがあります。



今までの「二酸化炭素はぐるぐるまわる」
その1「地球温暖化と二酸化炭素」 その2「二酸化炭素の行き先」



 陸上で二酸化炭素の姿を変えるのは植物。

 学校で習うように、植物は空気中の二酸化炭素を使って炭水化物(たんすいかぶつ)を作ります。

 炭水化物はもちろん栄養として生きるために使いますが、それ以外に体を支えるためにも使います。
 「木」として見える部分、「木材」として使う部分は、二酸化炭素が姿を変えた炭水化物でできているのです。

 ですから二酸化炭素を減らすために植物を植えようという声がよくあります。

 それについて考える前に、まずは二酸化炭素と植物の関係を考えてみましょう。



高野山の大きな杉も二酸化炭素の塊
高野山の大きな杉も二酸化炭素の塊




植物は二酸化炭素のかたまり?!

 植物が二酸化炭素からつくりだす炭水化物は生き物に必要な栄養で、酸素を使って二酸化炭素と水に分解するときのエネルギーで生きています。

 もちろん植物も同じですが、それ以外に炭水化物を植物繊維にして体を支えるために貯めこみます。

 ですから大きな樹木はたくさんの二酸化炭素を形を変えて蓄えています。

 つまり植物は二酸化炭素の塊ということもできます。



 樹木は人間よりも寿命が短いものも少なくなく、人間より長生きの樹木でも永遠に生きているわけではありません。

 寿命を迎えた樹木は、倒れ、朽ちていきます。

 この「朽ちる」というのは、カビやキノコや虫や微生物などに樹木が食べられてなくなることです。

 生き物が食べるということは、炭水化物を二酸化炭素と水に変えること。
 例外もありますが、多くがそうです。

 つまり、「木が朽ちる」ということは、木が溜め込んだ二酸化炭素を地球表面を覆っている空気、つまり大気中に戻すことなのです。

 実は、樹木が蓄えた二酸化炭素は、大気の中から一時的に取り除かれただけなのです。

 ですから地球の変化を考える学問では、植物の吸収した二酸化炭素の量は大気中にあるものと同じ、と考えられることもあります。



高野山の木を食べているキノコ
高野山の木を食べているキノコ




時間をかけてぐるぐる回る二酸化炭素

 樹木を永遠に朽ちさせないようにしないかぎり、いくら樹木を植えても大気中の二酸化炭素を取り除いたことにはなりません。

 一見、木を植えるとその木が大きくなっていく限りずっと二酸化炭素を大気から取り除き続けているように見ます。

 たしかに小さな視野ではそうですが、もっと広げた視野で見てみると、その木が成長している間にもどこかで必ず木が寿命を迎え、朽ちていきます。

 単純に言うと、木を植えて成長して二酸化炭素を吸収し続けいても、どこかで寿命を迎えた木が朽ちて二酸化炭素を発生させ続けているのです。



 樹木1本だけを見るのなら、間違いなく樹木は二酸化炭素を取り込んで成長を続けていっています。

 その樹木が人間よりも長生きしたら、二酸化炭素を吸収していく一方に見えます。

 しかし。

 視野を森全体、山全体に移していけばどうでしょうか。

 間違いなく、あちこちで木が寿命を終えて朽ちていっているはずです。

 蓄えた二酸化炭素をどんどん大気中に戻していっているのです。

 樹木をたくさん植えると、たしかに大気中の二酸化炭素を取り除くことができます。

 しかしその木ですら、子や孫、曾孫の代になって寿命を迎えると、逆に二酸化炭素の発生源になってしまうのです。

 このように大きく広い地球の環境を考えるときには、広い視野と想像力が必要なのです。



高野山の森のなかで朽ちていく木
高野山の森のなかで朽ちていく木




地球表面の二酸化炭素循環

 大気中の二酸化炭素は地球の表面をぐるぐる回っているだけで、樹木を植えても、樹木を切っても現実的には、量は変わりません。

 たとえば、木を燃やして木を植えるようなことを行っていれば、問題はありません。

 植物と大気の間をぐるぐる回る二酸化炭素サイクルの中にありますから、二酸化炭素の量は減りませんが、増えもしません。



 地球温暖化を防ぐ手段として「バイオマス燃料」「バイオ燃料」という言葉が聞かれます。

 工場で加工したり、微生物を使うなどして、樹木や食べ物などから燃料をつくろうというのです。

 これは、いきものに姿を変えた二酸化炭素を燃料として使うるわけです。

 バイオマス燃料を燃やしてももちろん二酸化炭素はできますが、それは地球表面にある生き物だったものから作られるのです。

 これは地球表面をグルグル回っている二酸化炭素のコースをちょっと変えただけですから、大気中の二酸化炭素を増やしたことにならないのです。



高野山の木々はどれだけ二酸化炭素を蓄えているのでしょうか
高野山の木々はどれだけ二酸化炭素を蓄えているのでしょうか




広い視野と想像力

 人間が文明をつくるようになって数千年。

 その間にも燃料として多くの植物が燃やされ、多くの森林を失いました。

 でも問題になるほど二酸化炭素の量が増えなかったのは、地球表面の二酸化炭素サイクルの中に収まっていたからかもしれません。

 IPCCの報告書にもあるように、大気中の二酸化炭素の量が増えてきたのは、地球表面以外の場所から、つまり地面の下深くから持ってきた炭素(石炭や石油などの化石燃料)を燃やしはじめたからと考えられています。

 化石燃料は、長い時間をかけて、地球が取り込んで地面の奥底深くに「封印」した二酸化炭素が姿を変えたものなのです。

 もちろん、そのお陰で大気中の二酸化炭素の量が大きく減ったのが、現在の地球です。



 実際には二酸化炭素サイクルにはいろいろな種類があり、複雑な経路を通っています。

 光合成ですら、とても複雑なシステムで、二酸化炭素を分解しています。

 とてもややこしいですが、数字や途中経過を抜きにして単純化して考えると、決してややこしくて難しいことではありません。

 むしろとても単純なことなのです。



 地球環境を考えるときには、ちょっと視野を広げて想像力を使ってみましょう。

 そうすれば、新しいことが見えてくるかもしれません。

 決して難しいことではありません。



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二酸化炭素はぐるぐるまわる その2「二酸化炭素の行き先」


 地球がだんだん暖かくなっていく地球温暖化。

 その直接の原因とされるのか、空気中の二酸化炭素の濃度。

 地球温暖化について科学的に評価する国際機関のIPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change/気候変動に関する政府間パネル)の2013年の報告では、地球の平均気温の上昇と二酸化炭素の濃度の変化に深い関係があると考えられることが指摘されました。



 二酸化炭素が増えているということは、一体どこから来たのでしょうか。

 それは、炭素を含んだ物(燃料)を燃やして空気中の酸素と化合さるから。

 つまり、とても大雑把に言うと、元が生き物だったものを燃やすと、出てくるのが二酸化炭素です。

 ということは、石炭や石油やガスを燃やす限り二酸化炭素は増え続けていくのでしょうか。

 それは半分正解で、半分まちがいです。



二酸化炭素が塊になった石灰岩が溶けてできた鍾乳洞〈星野洞(南大東島)〉
二酸化炭素が塊になった石灰岩が溶けてできた鍾乳洞
〈星野洞(南大東島)〉




 なぜなら、空気中の二酸化炭素を取り除く自然の仕組みが地球にはあるので、増える一方にはなりません。

 地球と似たような物質で出来ていると考えられる金星と火星の大気はほぼ100%が二酸化炭素。

 しかし現在の地球はほぼ0%の0.04%。

 地球もできた時の二酸化炭素の割合は、金星や火星と同じくらいだったと考えられます。

 実際、地球にある炭素がすべて二酸化炭素になったとすると、空気中の割合は99%になると言われています。
 金星の97%に匹敵するくらいのすごい量です。



 ということは、地球は空気から二酸化炭素を取り除く仕組みが金星や火星とちがってよく働いているようです。

 二酸化炭素濃度が増えていると騒がれている現在でも、実は地球の歴史の上では極端に二酸化炭素の濃度が低い時期の一つなのです。

 たとえば、恐竜がいた中生代の三畳紀には一時期今の10倍の濃度があったと考えられていますし、陸上に植物が上陸し始めた古生代のオルドビス紀には20倍あったとも言われます。



二酸化炭素が固まった石灰岩の南大東島と二酸化炭素がたくさん溶け込んだ太平洋
二酸化炭素が固まった石灰岩の南大東島と
二酸化炭素がたくさん溶け込んだ太平洋




 そんなにいっぱいあった二酸化炭素がどこへ行ったかというと、姿を変えて空気中でないところにあるのです。

 ひとつは海の中。

 まず、海には大量の二酸化炭素が溶け込んでいます。

 それを植物プランクトンなどが炭水化物に変えます。

 しかし、その炭水化物は植物プランクトンが死んだり食べられたりすると、また二酸化炭素に戻りますので、一時的なものでしかありません。



 二酸化炭素を取り除くための重要な働きをしている生き物にはサンゴや貝があります。

 海に溶け込んだ二酸化炭素を炭酸カルシウムにして、貝殻やサンゴをつくって体を支えたり守ったりするのに利用します。
 ほかにも炭酸カルシウムという形で二酸化炭素を利用する海の生き物はいろいろいます。

 そういったサンゴや貝殻などに姿を変えた二酸化炭素は、サンゴや貝が死んだ後に海底にたまっていき、長い時間をかけて石灰岩に姿を変えます。

 それ以外にも海中の二酸化炭素が海中のカルシウムとくっついて炭酸カルシウムとなって海の底に沈んでいきます。

 これも時間がたてば石灰岩になります。



二酸化炭素を間接的に取り除いてくれるサンゴ-和歌山県立自然博物館
二酸化炭素を間接的に取り除いてくれるサンゴ-和歌山県立自然博物館




 そうやって地球に取り込まれた二酸化炭素は、火山ガスとして再び空気中に戻ってくるのです。

 人間がどんどん増やしていってると言われる二酸化炭素ですが、実は増えたり減ったりぐるぐる回るシステムが地球にはあるのです。

 その仕組で、ほとんどないくらいに減らされたのが、今の地球の空気。

 でも二酸化炭素は姿を変えただけで、海と地面の下にたくさんあるのです。

 今の金星や火星には海がありません。
 しかし、大昔には海があったという説もあります。

 地球の二酸化炭素がほぼ0になるまで減ったのは、海がなくならなかったからからかもしれません。



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二酸化炭素はぐるぐるまわる その1「地球温暖化と二酸化炭素」


 だんだん耳にする回数が多くなってきたように感じる言葉が「地球温暖化」。

 そしてセットになって聞くのが「二酸化炭素」。

 ものすごく簡単にまとめると。

 最近、地球の気温が高くなってきて人間を含めて生き物たちが困っているのが「地球温暖化」。

 地球が暖かくなるのは「二酸化炭素」の量が増えているから。



温暖化が進むと見られなくなる金剛山の霧氷
温暖化が進むと見られなくなる金剛山の霧氷
大阪の低山では今でもちょっとした事で霧氷はとけてしまいます




 地球は太陽の核反応でつくられた熱エネルギーを受けて暖められています。

 地球のとなりの月は、太陽に暖められると100℃を超え、逆に太陽の光が当たらなくなると-170℃まで下がります。

 その差はおよそ300℃。

 地球ではありえない温度。

 太陽からの距離が地球と同じなのにどうしてこんなに極端な差があるのかというと、それは自転と空気のちがいです。



身近な二酸化炭素の炭酸飲料
身近な二酸化炭素の炭酸飲料
日本のサイダーのルーツは有馬の炭酸泉といわれています




 月は自転と公転の関係で昼間が15日間続きます。

 暖められ続けているのでどんどん温度が上がっていきます。

 それが昼。

 月の夜が極端に低温なのは、地面がどんどん熱を逃していって冷めていくから。

 それが15日も続くので、極端な低温になってしまうのです。



 地球が月ほど温度が下がらないのは、およそ半日で昼と夜が入れ替わることもありますが、ほかには空気があるから。

 空気が地面の熱もらって温められ、寒いところへその熱を運んでいきます。

 もちろん空気は地面の熱で暖められるだけではなく、太陽の熱でも暖められます。
 月は空気がないのですべての熱が地面まで届きます。

 太陽に暖められた空気も流れて寒いところへ運ばれます。

 つまり、空気がうごいて太陽の熱が地球のあちこちに配られていくのです。

 こういった空気の動きは、天気予報の解説などで知ることができます。



身近な二酸化炭素のドライアイス
身近な二酸化炭素のドライアイス
スーパーで冷凍食品を買うと保冷剤としてもらえるところもあります




 そして二酸化炭素のような「温室効果ガス」は、受けた熱を貯めこむ性質を持っているのです。

 冷えにくいのです。

 地球の大気に温暖化効果がなかったとすると、平均気温は-18℃になるといわれています。
 そう、凍ってしまいます。

 実際、地球は温室効果ガスの二酸化炭素の量が今よりもはるかに多かった時代にも全体が凍ったことがあると言われています。
 全球凍結。

 つまり何かのきっかけがあれば、全体が凍ってしまうほど寒い環境に地球があり、全体が凍らないのは温室効果ガスがあるから、と言えます。

 そして月は温室効果ガスどころか空気がないので夜になるとどんどん熱が逃げていくのです。

 たとえば地球の北極や南極は15日どころか数ヶ月の間太陽が出ませんが、温室効果ガスを含む空気があるから-170℃どころか-100℃になることすらないのです。



タクラマカン砂漠の砂丘
タクラマカン砂漠の砂丘
温暖化が進むと砂漠が増える?




 しかし地球の気温を決める要素は複雑で、大陸の配置、海流、自転速度、太陽との距離、太陽の明るさ、太陽活動、もちろん温室効果ガスも。

 太陽活動や大陸の移動は人間の力ではどうにもできませんが、温室効果ガスの二酸化炭素については、人間によってコントロールができる部分もあります。

 ただし二酸化炭素もコントロールができるのは人間が作り出しているものだけ、火山などから噴出される二酸化炭素はなにもできません。



 地球温暖化と二酸化炭素。

 直接関係するようなイメージで報道されますが、地球の長い歴史から見てみると、深く関係があるものの、必ずしも二酸化炭素の濃度だけで単純に地球温暖化が決まるわけではないのです。



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