永久凍土と気候の長くて深い関係

永久凍土和氣候的漫長而深遠的關系


●永久凍土はどのように分布しているのか
さて、永久凍土はどんなところにあるでしょう。
そうです、寒いところにあります。寒いところと言えば、緯度の高いところ。ですが、緯度が高ければそこに永久凍土がある、というわけではありません。この連載でも何度か紹介した図「北緯30度以北?北半球の永久凍土帯分布」をあらためて見ていただくと、同じ北極圏南限(北緯66度33分。太い黒線)の付近でも、アラスカやシベリア(地図の5時から8時の方向)には広く永久凍土が分布していますが、北ヨーロッパ(地図の11時の方向)はそうでもありません。
一方で、この地図には緯度が低い(北緯30~40度の間)のに永久凍土が広がっているところ(4時の方向の北アメリカ西部、9時の方向の東アジアや、11時の方向の西ヨーロッパ)があります。そして、グリーンランド(1時半の方向)や南極大陸(図「南緯60度以南?南極大陸の永久凍土分布」參照)では永久凍土は陸地の縁にちょっと見えているだけです。さて、なぜでしょう。
永久凍土とは、寒くて地面の下が2年間以上凍ったまま(より正確には、0℃以下が2年以上継続する地盤)のところでしたね(関連記事「地球溫暖化で融けている? 『永久凍土』に関する誤解を解く」參照)。ここで先の問題の答えを言うと、①永久凍土は寒いところにあるけれど、寒い場所すべてにあるわけでもない。また、②緯度が高くなくても標高が高いために寒くなる場所がある、そして、③まだ調べられていなくてよく分からない、の組み合わせになります。そのあたりの事情をこれから説明していきましょう。

●永久凍土是如何分布的
那么,永久凍土在哪里呢。
是的,在寒冷的地方。說到寒冷的地方,就是緯度高的地方。但是,緯度高并不等于就有永久凍土。本連載中也多次介紹過的圖“北緯30度以北、北半球的永久凍土帶分布”,同樣在北極圈南限(北緯66度33分)附近,阿拉斯加和西伯利亞也分布著永久凍土。
另一方面,在緯度低(北緯30~40度之間)的地方永久凍土蔓也延開來(北美西部,東亞西北部,西歐北部)。并且,在格陵蘭(1點半的方向)和南極洲中永久凍土只能在陸地的邊緣稍微能看見。那么,這是為什么呢。
所謂永久凍土,是指寒冷的地面下凍冰2年以上(更確切地說,0℃以下持續2年以上的地基)的地方。在這里回答剛才的問題的答案的話,那么就是①永久凍土雖然在寒冷的地方,但是并不是所有寒冷的地方都有。另外,②即使緯度不高,因為海拔高而有變冷的地方也會有,③還有一些沒有被調查清楚的組合?,F在開始說明一下這方面的情況吧。

●永久凍土の分布を決める様々な要素
気候とは、狹い意味では溫度と雨(濕潤?乾燥)の狀況を指して使いますが、季節変化、雪や氷の狀況、地形、植生なども含めて気候(あるいは気候システム)ということがあります。この稿では気候をこの意味で使います。
地球上で寒いところには、大ざっぱに言って2種類あります。1つは緯度の高いところ(南極、北極など、極に近いところ)で、もう1つは標高の高いところです。アラスカやシベリアは緯度の高いところに屬します。
一方、図の9時方向、日本列島と似た緯度にある永久凍土の広がりは、チベット高原(ここを南極?北極に次ぐ第3の極という言い方もあります)で、これは標高が高いところに屬します。高山の上の永久凍土(山岳永久凍土と言います)はヨーロッパのアルプスや北米大陸のロッキー山脈にもあります。そして、それは思ったよりももっといろいろなところに分布しています。アフリカのキリマンジャロやハワイ、南米のアンデス山脈といった熱?。媳堡位貛⒕€以內)の高山で、また日本でも富士山や大雪山、また北アルプスの立山などの山頂付近で見つかっています。

●決定永久凍土分布的各種要素
氣候在狹義上是指溫度和雨(濕潤、干燥)的狀況,但也有季節變化、雪和冰的狀況、地形、植被等氣候(或者氣候系統)。在這篇文章中,氣候指的是后者的意思。
地球上寒冷的地方,大致來說有兩種。一個是緯度高的地方(南極、北極等極近的地方),另一個是海拔高的地方。阿拉斯加和西伯利亞屬于緯度高的地方。
另一方面,與日本列島相似的緯度上永久凍土的蔓延,是西藏高原(也有將這里稱為僅次于南極、北極的第三極),這屬于海拔較高的地方。高山上的永久凍土(被稱為山岳永久凍土)在歐洲的阿爾卑斯山和北美大陸的洛基山脈也有。而且,這比想象的要分布在更多的地方。在非洲的乞力馬扎羅、夏威夷、南美的安第斯山脈等熱帶(南北回歸線以內)的高山上,在日本也在富士山、大雪山、以及北阿爾卑斯等山頂附近發現。
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冬に十分に気溫が下がる地域でも、雪や氷が上を厚く覆っていると地面はよく冷えません。これはお布団をかぶったような狀態なので、上の空気がうんと冷えてもなかなか地面にそれが伝わらないのです。
逆に日が差さない向きの斜面(北半球では北向き斜面、南半球では南向き斜面)や、樹木やコケなどが地表面の上を覆っているところであれば地面が暖まりにくいので、そういうところでは凍土が維持されやすくなります。十分に寒くないと地面の下が凍らないので永久凍土はできないけれど、凍結した地面を維持するにはそれなりの條件が必要だということです。このようにいろいろな要素がせめぎ合って永久凍土の分布を決めています。なお、熱帯の場合は、夏冬の季節変化よりも晝夜の寒暖差が顕著で、永久凍土が見つかるとしたら、火口のくぼみや氷河の脇など、夜に冷えて晝に融けないところになります。

即使是冬天氣溫十分下降的地區,如果雪和冰覆蓋在上面的話,地面也不會很冷。這是像蓋被子一樣的狀態,上面的空氣即使很冷也很難把它傳遞到地面上。
相反,如果是向陽的斜面(北半球是朝北的斜面,南半球是朝南的斜面)、樹木和苔蘚等覆蓋在地表上的地方,地面就不容易暖和,這樣的地方就容易維持凍土。如果沒有十分冷的話,地面下就不會結冰,所以不能永久凍土,但是要維持凍結的地面,需要對應的條件。這樣各種各樣的要素互相影響決定著永久凍土的分布。另外,在熱帶的情況下,比起冬夏的季節變化,晝夜的寒暖差更顯著,如果發現永久凍土的話,大部分是在火山口的凹陷和冰河的側面等,晚上變冷后白天無法融化的地方。

気候と永久凍土の話をもう少し続けましょう。地球の気候を決める一番の要素は太陽からの放射(太陽の放射エネルギーの変化と、太陽と地球との幾何學的な位置関係)です。それに海と陸の分布や海からの距離が加わります。
地球全體の平均気溫の大まかな変動は、5億年ほど昔から現在までの推移が推定されていますが、その間には現在よりももっと暖かい時期(例えば恐竜が跋扈していた頃)や寒い時期(人類がマンモスを狩っていた頃)があったことはご存じでしょう。このように気候はずっと変化しています?,F在からさかのぼって最も近い氷期(最終氷期)は約7萬年前から約1萬年前まで続きましたが、2萬年くらい前が一番寒い頃でした。最終氷期最盛期という言い方をされたりしますが、その頃には北米大陸やスカンジナビア半島のあたりに大きな氷床ができていました。
ところが、シベリアから北東アジアにかけての広い地域や、北米大陸の北西部(アラスカからカナダの一部)は氷床に覆われませんでした。その理由はここでは觸れませんが、氷床に覆われていない剝き出しの大地は、當時の冷たい気溫(現在よりも冬は12℃、年平均で10℃くらい低かったと推定されています)で冷やされ続けて、地面の深いところまで凍結しました?,F在でもこの地域の北極海沿岸では、厚さが500mを超える永久凍土があります。またそのさらに北側の海底では、氷期に形成された永久凍土が水沒して、海底永久凍土として存在しています。一方、氷床に覆われていた北米の大部分(主にカナダ)の永久凍土は、氷床がなくなった後に形成されたので厚さはシベリアよりもずっと薄くて100m以下、北方林が広がる不連続的永久凍土帯では25~30mほどが典型的な値です。

決定地球氣候的第一要素是太陽的輻射(太陽的輻射能量的變化和太陽和地球的幾何位置關系)。而且還有海陸的分布和海的距離。
地球的平均氣溫出現大變化的,大概是從5億年前到現在,不過,在這期間有比現在更暖和的時期(例如恐龍橫行的時候)和寒冷的時期(人類狩獵猛犸象的時候)。這樣的氣候一直在變化。從現在開始追溯到最近的冰期(最終冰期)大約是從7萬年前開始持續到1萬年前,大約2萬年前是最冷的時候。也有說是最終冰期最盛時期,那時在北美大陸和斯堪的納維亞半島附近形成了很大的冰床。
但是,西伯利亞到東北亞的廣大地區和北美大陸的西北部(阿拉斯加到加拿大的一部分)沒有被冰床覆蓋。沒有被冰床覆蓋的裸露的大地,在當時的寒冷氣溫(估計比現在冬天低12℃,年平均低10℃左右)下持續冷卻,凍結到了地面的深處?,F在這個地區的北冰洋沿岸也有厚度超過500米的永久凍土。另外,在北側的海底,冰期形成的永久凍土被水淹沒,作為海底永久凍土而存在。另一方面,被冰床覆蓋的北美大部分(主要是加拿大)永久凍土是在冰床消失后形成的,所以厚度比西伯利亞要薄得多,在北方蔓延的不連續的永久凍土地帶,25~30米厚度是典型的值。
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地面の下の変化、特に溫度の変化は大気や地表面に比べると非常に緩やかなので、過去の気候の情報を蓄えた記憶裝置だとも言えます。過去の気候(溫度や濕潤度)を推定するための道具立てにはいろいろなものがあります。寒い気候でないとできない地形や生えない植物(の花粉)、あるいは逆に暖かくないと成長しない鍾乳石(石筍=せきじゅん)などがその例で、凍土現象も過去の気候を復元したり推定したりすることに一役買っています。他にも、泥炭(獨特なスモーキーな香りを持つウイスキーを作るのにも使われますね)がいつごろ堆積したか、どんな植物がその中に含まれているかということも、昔の凍土の狀況に関する情報を伝えてくれるのです。
それらによれば、1萬年ほど前までには氷床はほぼグリーンランドを殘して消えてしまって地面が直接大気と觸れることになり、広い地域に新しく永久凍土が形成されてきました。紀元前1000年ごろの寒冷な時代や17~19世紀の小氷期の間に永久凍土は拡大しましたが、その後は縮小傾向が続いています。生態系や人間活動に密接に関係する地面近くの永久凍土層(表層3~4m)は、全球平均気溫が1℃上昇するごとに300~400km2分が減っていくと推定されています?,F在の溫暖化がこのまま進めば、融解や縮小傾向は今後も続き、このシリーズでお伝えしてきたような変化や影響が続くでしょう。

地面下的變化,特別是溫度的變化與大氣和地表相比非常緩慢,可以說是儲存了過去氣候信息的存儲裝置。為了推測過去的氣候(溫度和濕潤度),有各種各樣的方式。只有在寒冷的氣候下才能形成的地形、無法生長的植物(花粉),或者相反如果不溫暖就無法生長的鐘乳石等就是例子,凍土現象也有助于恢復和估計過去的氣候。除此之外,泥炭(也可用于制作具有獨特煙熏香味的威士忌)是什么時候堆積起來的,什么植物包含在其中,也能傳達有關以前凍土狀況的信息。
根據這些數據,大約在1萬年前,冰床基本上就離開了格陵蘭島,地面直接與大氣接觸,在廣闊的地區形成了新的永久凍土。在公元前1000年左右的寒冷時代和17~19世紀的小冰期之間永久凍土擴大了,但是之后偶持續縮小的傾向。與生態系統和人類活動密切相關的地面附近的永久凍土層(表層3~4m),推測全球平均氣溫每上升1℃就會減少300~400平方千米。如果現在的溫暖化繼續發展的話,融化和縮小的傾向今后也會繼續,這一系列所傳達的變化和影響會持續下去。
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●永久凍土の有無をどのように調べるのか?
ところで、永久凍土があるか、もしくはないかはどうやって調べるのでしょう。これには、確実だけれど手間がかかるし調べられる範囲も限られるものから、不確実さは伴うけれども比較的容易に広い範囲にわたって調べられるものまでいろいろな方法があります。
確定的に永久凍土の存在を確認するためには、地面を掘って、溫度計を入れて、2年以上継続して0℃以下であるかどうかを直接調べないとなりません。それよりは広い範囲を調べる方法として、地盤の震動の伝わり方を調べる地震探査や、電磁波もしくは電流を流して地下構造を探る地中レーダー探査あるいは電気探査など(総稱して物理探査と言います)を使うこともあります。さらにもっと高いところから人工衛星を使って広い範囲の永久凍土の存在や変化を推定する方法の一部はすでにご紹介しましたね

●如何調查有無永久凍土?
但是,如何調查有沒有永久凍土呢。這是很費時間的,調查的范圍也有限,伴隨著不確定,但是有各種各樣的方法可以在比較寬的范圍內進行調查。
為了確認永久凍土的存在,必須挖掘地面,放入溫度計,連續2年以上,直接調查是否在0℃以下。作為調查更大范圍的方法,有時也會使用地震探測、電磁波或電流流動來探索地下構造的地下雷達探測或電氣探測等(統稱為物理勘探)。

これとは少し異なる方法に、地面が凍ったり融けたりしないと形成されない地形や地層をもとに推定するという方法もあります。この方法からは現在の永久凍土の有無だけでなく、過去にできた永久凍土についての情報を調べることができます。地面の下が凍結?融解するときに、地質や溫度、水の條件によって地面の下に特徴的な構造ができる場合があり、たまたま崖崩れなどで地層の斷面が見えている場所(露頭)や、あるいはそのためにあらためて地面の下を掘って、永久凍土の成り立ちや終焉(しゅうえん)を調べることも行います。
さて、ここまで読んで、なぜグリーンランドや南極に永久凍土が「少ない」のか分かりましたでしょうか。

與此稍有不同的方法是,根據地面時而冰凍時而融化的特性來推測。從這個方法不僅可以調查有沒有現在的永久凍土,還可以調查過去的永久凍土的信息。地面下結冰、融化時,根據地質、溫度、水的條件,地面下可能會形成特征性的構造,偶爾在懸崖坍塌等能看到地層斷面的地方,或者為此重新在地面下挖掘也能調查永久凍土的形成和消亡。
那么,讀到這里,你知道為什么格陵蘭島和南極的永久凍土“很少”嗎。

答えは大部分の場所が厚い氷(氷床)に覆われていて、その下がどうなっているのかまだはっきりと分からないからです。これらの地域で永久凍土の存在がはっきりしているのは、氷床から外れた沿岸地域や、濕度が低すぎて氷河?氷床が発達しない場所(例えば、南極のドライバレー)など剝き出しになっている場所がほとんどです。
ちなみに、ドライバレーのような極地砂漠は、地球上で最も火星に似ているところといわれますが、火星探査機から送られてくる地表の情報から判斷して、火星にも(上記の地球上での定義に従った)永久凍土はあるようです?;鹦扦瑜辘馓枻殡xれた地球型惑星や衛星にもきっとあることでしょう。

因為大部分的地方都被厚厚的冰(冰床)覆蓋著,還不清楚那下面是什么樣子。這些地區永久凍土的存在是很明顯的,除去了冰床的沿岸地區,濕度太低、冰河·冰床不發達的地方。
順便說一下,像南極那樣的極地沙漠,據說是地球上最像火星的地方,從火星探測器送來的地表信息判斷,火星上也有永久凍土(按照上述地球上的定義)。比起火星,遠離太陽的地球型行星和衛星也一定存在吧。

●世界と日本の永久凍土の研究組織
最後に、このシリーズでご紹介したような永久凍土を研究している研究者や技術者の組織?団體について、宣伝を兼ねてご紹介したいと思います。まずは國際組織ですが、國際永久凍土學會(International Permafrost Association=IPA)が中心になっています。このIPAは1983年にソ連(當時)、米國、カナダ、中國などが中心となり、「永久凍土」に関する知識の普及と、科學的研究や工學的利用に従事する人、國內?國際機関間の協力を促進することを目的に結成されました。なお、「永久凍土」と冠してはいますが、冬には凍るけれども夏は融けてしまう季節凍土(ご存じの方もおられるでしょうが、「霜柱」も季節凍土の現象です。日本の多くは季節凍土帯に屬します)や、地盤を凍らせてトンネルなどの掘削を行う地盤凍結工法なども対象に含まれます。
これまでは自然地理學的?工學的な分野の研究が多かったのですが、近年は生態學、生物學、人文科學、社會學、法學、生活?文化など幅広い観點から「永久凍土」に関わる研究やその広報?アウトリーチが行われています。研究発表や相互交流、地域巡検などを目的に行われる國際的な學術大會
また、國內でも「永久凍土」に関連した研究者?技術者が情報交換や交流を行う日本永久凍土研究會(Japan Permafrost Association)や、知見や情報を交換する「いそっぷ」と呼ばれる不定期セミナーがあります。

●世界和日本的永久凍土研究組織
最后,我想介紹一下本系列介紹的研究永久凍土的研究人員和技術人員的組織和團體,同時進行宣傳。首先是國際組織,以國際永久凍土學會(IPA)為中心。該IPA于1983年以蘇聯(當時)、美國、加拿大、中國等國家為中心,以普及“永久凍土”相關知識、促進從事科學研究和工學利用、國內和國際機構之間的合作為目的而結成。另外,雖然被冠以“永久凍土”,但是也包含冬天結冰,夏天卻融化的季節凍土(大家都知道吧,“霜柱”也是季節凍土的現象。日本大部分屬于季節凍土帶)、也包括凍結地基進行隧道等挖掘的地基凍結等。
迄今為止,自然地理學、工學方面的研究很多,近年來從生態學、生物學、人文科學、社會學、法學、生活、文化等廣泛的觀點出發,進行了關于“永久凍土”的研究和宣傳。以發表研究、相互交流、區域巡檢等為目的的國際學術大會也是每4年舉辦一次的國際大會。
另外,在日本國內也有與“永久凍土”相關的研究人員、技術人員進行信息交換和交流的日本永久凍土研究會(Japan Permafrost Assiociation),以及被稱為“交換知識和信息”的不定期研討會。