水に色をつける 同位体や古文书を使った天候シミュレーション
国际宇宙ステーションから见た地球。水蒸気の大気中での动きは未解明のことが多い。狈础厂础
水は恵みか、それとも呪いなのか。
自然界では、水が不足すると干ばつや山火事が起こり、逆に水が多すぎると洪水で町が沉んだり、津波によって人や建物が一瞬で押し流されるなど、甚大な被害が生じます。
しかし、地球上で水がどのように循環しながら天気を変化させているかについてはわかっていないことが数多くあります。水文学が専門の芳村圭准教授（生产技术研究所）は、地球の水循環プロセスの謎を解明し、その知見を使って、天気予報の質を上げたり昔の天気のパターンを再現したりしようとしています。
そのために使う道具の一つが同位体。酸素や水素などの元素の中に原子の重さが微妙に违うものがわずかの比率で含まれていることを利用して、水分子の动きを追跡しています。また、最近では、17世纪の手书きの日记を分析することで、当时の天気がどのような状态だったかを解析しようとしています。
「私のしていることは犯罪捜査のようなものです」と语るのは柏キャンパスに研究室を构える芳村先生。「気象や気候を理解するために何か手がかりがほしい。だから同位体を使ってみる。仮説を立てて里付け捜査をする。そのあと闻き込みに行ったりして、ああ、仮説は正しかったんだ、とわかる。そんな使い方ですね」。
同位体で水にタグをつける
芳村先生は東大工学部卒業後の2000年、世界規模の水循環の研究で知られる生产技术研究所の沖大幹教授の研究室に修士課程学生として入学。その年、研究所は六本木地区から現在の目黒区驹场キャンパスに移転し、「質量分析計」と呼ばれる大きな機器が納入されました。
酸素には仅かな差ながら重いものと軽いものがあり、それらは同位体と呼ばれます。ほとんどの酸素はプラスの电気を持つ阳子8つと电気的には中性（无电荷）の中性子8つで构成されていて、それらは16翱と表记されます。一方、非常に少ない割合で18O と呼ばれる酸素があり、陽子の数は8と同じですが、中性子が10個ついています。質量分析計では16翱と18翱の比率、つまり水の中の、より珍しく、少しだけ重いタイプの酸素の比率を调べることができます。
「軽い」酸素を含む水は「重い」酸素を含む水より早く蒸発する一方、「重い」水は「軽い」水に比べて早く凝固し、雨や雪をもたらしやすいことが知られています。 つまり、水分子に含まれる16翱と18O の割合を調べることは、降水量や温度を推測するのに役立つのです。また、相変化の経緯が積分的に記録されているので、水がどこで蒸発?凝固のサイクルを経てきたのかを推測することが可能だと芳村先生は話します。
「同位体比が同じ値の场合、偶然もあるので、同じところから来たとは必ずしもいえません。ただ、いろんな状况証拠を加えてみたら、ある水とほかの水が同じところから来たのかわかることもあります」。
国际原子力机関によって作成された18翱の分布図。紫色や青色で记された軽い水は极地方に多くみられることが分かる。
滨础贰础 (出典：)
例として、芳村先生は自身が関わったタイでの研究を挙げます。タイでは、数十年にわたる継続的な森林伐採によって降水量が减少していることが推察されていましたが、ある年のデータを见ると、降水量は9月に顕着に下がっていました。芳村先生が8月と9月のデータを调べたところ、気温は変わらず、森林伐採は両月にわたって継続されていたにも関わらず、同位体比は大きく変化していました。そこで同位体分析を使って、水蒸気がどこから来ているのかについてコンピュータ上でシミュレーションを行い、水に「タグ」、もしくは「色」をつけてみました。
「例えば、タイの水蒸気を、50パーセントはベンガル湾から、20パーセントはインドシナ半岛からきている、などと分类しました」。
シミュレーションの结果、バンコクの上空にある水蒸気は、5月中旬の雨季の初めにはインド洋からの水の割合が増加し、そのままの割合を保ったのち、9月になると陆起源の水、主に中国方面から来た水が増える、ということがわかりました。
つまり、バンコクの9月の水蒸気はその多くが北方の陆起源で、内地の热帯雨林がなくなったことで雨の供给源を絶たれた一方、8月の降水量が多いのは水蒸気の大部分が南のインド洋由来で、森林伐採の影响を受けなかったから、ということがわかりました。
「これは気象学の研究者にも面白いと言ってもらえました」と芳村先生は振り返ります。実は、気象学者の主流派は长い间、同位体を気象学に取り入れることには懐疑的だったといいます。「水蒸気に色をつけるという発想は彼らにはなかったんです」。
古い日记を吟味する
弘前藩庁が记録していた江戸时代の日记。古い日记も今の日记と同じように日付とその日の天気に関する记述から始まることが多い。
弘前市立図书馆所蔵（叁上岳彦首都大学东京名誉教授撮影）
芳村先生の前例にとらわれないアプローチは最近、新たな进展を见せています。数年前からは、过去数世纪间の気候モデルを復元するため、昔の日记から天気のデータを読み取る研究をしています。今まで主に使ってきたのは1661年から1892年にかけて日本全国の藩屋敷や神社などで集められた情报で、山梨大学の吉村稔名誉教授が中心になってデジタル化し、「」というサイトで公开されているものです。
「歴史天候データベース?オン?ザ?ウェブ」のサイトから。1768年6月11日の全国の天気が一覧できる。
さらに、东大の地震研究所の加纳靖之准教授と协力して、昔の天気のシミュレーション?モデルの精度を上げる取り组みも始めています。
加纳先生は江戸时代に书かれた日记を地震の研究に使ってきました。
これまで加纳先生は、「」というウェブサイトで、江戸时代の地震の记録をデジタル化するプロジェクトに中心的に関わってきました。このプロジェクトには300人以上の学者や市民のボランティアが関わって実际に翻刻していますが、地震研図书室がデジタルで管理し公开している古い地震に関する古文书を使っています。
2017年1月に翻刻プロジェクトがスタートしてから、472册分、合计5百万字以上のくずし字が解読されてきました。
加纳先生はくずし字を直接読むことができる数少ない地震学者の一人。地震研に2018年7月に着任する前に研究者として所属していた京都大学では、理系の研究者や学生も参加して週に1度集まり古文书を読む勉强会が开かれており、その活动を通じて加纳先生も古文书が読めるようになったと话します。
「みんなの翻刻」のような「オープン?サイエンス」プロジェクトに参加することによって、市民が自分たちのコミュニティで起きた过去の地震について知ることができるほか、地震学者もこれから起こりえる地震を予测しやすくなる、と加纳先生は话します。
勉强会のメンバーが一番最初に翻刻したのは、现在の长野県长野市が本拠地だった松代藩の役人によって书かれた、1847年の善光寺地震に関する报告书でした。
「幕府に上げて、そのあとに今でいう復兴のための支援金を出してもらったりするための报告书に当たるものでした。この中に何月何日、晴れ、とか天気も书いてある文书がありました。また、昔のひとの日记には天気の横に何时ごろ地震、とかも书いてあります。毎日の天気の使い道がないのかなとずっと思っていました」。
1000年前の気候を復元する
「みんなで翻刻」サイトから。1855年に出版された古文书「地震年代记」の画像とテキストが公开されている。
芳村先生は、古文书に记された天気の情报は、长期的な気候モデルの质を上げるのに有益だと话します。现代的な机器を使った気象観测は歴史が浅く、长期的な天気のシミュレーションをするにはデータが足りないからです。
「地球上の広い范囲で组织だった気象観测が始まったのは戦后になってから。それ以前は、イギリスや日本といったいくつかの限られた地域に限定される上に、たかだか1世纪程度です。にもかかわらず我々は、2100年や2200年など、远い未来の気候を、そういった限られたデータに基づいて予测しようとしています。そのような予测は信用できるでしょうか？」
芳村先生はまた、过去1000年にさかのぼって古気候を復元し、现在の気候への影响を调べようとしています。
「我々が知らないことはたくさんあります。（14-19世纪ごろ）小氷期という时代があって、ヨーロッパはすごい寒かった、とか。10世纪から14世纪までさかのぼると、中世温暖期というのがあったり、さらにはゲルマン人の大移动も気候変动が原因だったとか。けれども、実态はほとんどわかっていないのです」。
现在、芳村先生が特に関心を持っているのは、日本の歴史の転换点になったある日の天気のこと。1600年10月16日は、徳川家康と石田叁成が「関ケ原の戦い」を现在岐阜県の関ケ原で繰り広げた日です。
この天下分け目の戦いにおける家康の胜利が、1603年の徳川幕府の创立とその后の260年间にわたる国内最后の武家政権の基础を筑きました。
「関ケ原の戦いの日の世界の天気の分布がどうだったのかがわかれば、面白いと思いませんか？」
取材?文：小竹朝子
