CO2は本当に赤外線を大量に吸収するのか：温暖化スペクトルの3つの錯覚

IPCC（気候変動に関する政府間パネル）が議論し、「地球温暖化の原因は二酸化炭素である」と結論づけた根拠とされる放射強制力のスペクトルを図1に示す。このスペクトルは、天文学辞典（公益社団法人日本天文学会）で誰でも見ることができる。

図1　大気の放射強制力（＝地表面からの赤外線放射－大気上端からの赤外線放射）のスペクトル

一見すると、二酸化炭素（CO₂）が多くの赤外線を吸収しているように見える。しかし、そこには、そのように誤解させるための3つの工夫がなされている。

1. スペクトルの横軸の単位

図1では、スペクトルの横軸の単位が波長である。波長は赤外線のエネルギーに「反比例」する。そうすると、例えば、吸収される赤外線の波長幅が同じ1μmでも、14μm～15μmの範囲の赤外線エネルギーは、4μm～5μmの範囲の赤外線エネルギーよりも少ない。

逆に言うと、吸収される赤外線エネルギーが同じならば、波長の長い領域での吸収は、波長の短い領域での吸収よりも面積が広くなり、多くの赤外線を吸収しているかのように誤解させる。このことは、横軸を赤外線のエネルギーに「比例」する波数（波長の逆数）にするとわかる。

図1では、CO₂が吸収する13μm～17μmの範囲は、H₂Oが吸収する5μm～8μmの範囲よりも広く見える。しかし、CO₂が吸収する赤外線エネルギーは180cm^–¹（=770cm^–¹～590cm^–¹）であり、H₂Oが吸収する赤外線エネルギーは750cm^–¹（=2000cm^–¹～1250cm^–¹）であるため、その1/4以下である。

2. スペクトルの縦軸の単位

図1では、スペクトルの縦軸の単位は「単位面積」当たりの赤外線エネルギーである。地表から放射された赤外線は、高度が高くなるにつれて広がるため、単位面積当たりの赤外線エネルギーは少なくなる。高度が高くなるにつれて、地球を取り囲む球面の表面積が大きくなるからである。

地球の半径を6370kmとすると、地表面での表面積は4π×（4.06×10⁷ km²）である。仮に高度600kmを周回する観測衛星で、地表面から放射される赤外線エネルギーを観測すると、地球の中心からの距離は6.97×10³km（= 600km＋6370km）であるため、その高度での表面積は4π×（4.86×10⁷ km²）となる。

両者の表面積の比は1.2となり、観測衛星での「単位面積」当たりの赤外線エネルギーは、地表面よりも20%も少ない。図2に示したように、スペクトルの破線よりも下の灰色の領域は、大気による赤外線エネルギーの吸収ではない。