[論文レビュー] The glacial cycles and cosmic rays

J. Kirkby, Augusto Mangini+1 more|ArXiv.org|Jul 1, 2004

Geology and Paleoclimatology Research参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、ミランコビッチモデルが提唱する日射量の変化とは異なり、銀河宇宙線（GCR）フラックスの変動が雲の量に影響を与え、結果として地球のアルベドを変化させることで氷河期が主に駆動されていると提唱している。22万年間にわたる深海堆積物中の10Beおよび洞窟石灰岩記錆の記録から得られた証拠は、地球磁気場および公軌道の調制によって引き起こされる軌道スケールのGCR変動を支持しており、標準的な日射量駆動モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

The cause of the glacial cycles remains a mystery. The origin is widely accepted to be astronomical since paleoclimatic archives contain strong spectral components that match the frequencies of Earth's orbital modulation. Milankovitch insolation theory contains similar frequencies and has become established as the standard model of the glacial cycles. However, high precision paleoclimatic data have revealed serious discrepancies with the Milankovitch model that fundamentally challenge its validity and re-open the question of what causes the glacial cycles. We propose here that the ice ages are initially driven not by insolation cycles but by cosmic ray changes, probably through their effect on clouds. This conclusion is based on a wide range of evidence, including results presented here on speleothem growth in caves in Austria and Oman, and on a record of cosmic ray flux over the past 220 kyr obtained from the 10Be composition of deep-ocean sediments.

研究の動機と目的

• 主に日射量の変化によって説明されるミランコビッチの日射量モデルは、氷河期のタイミングとスペクトル純度に関する主要な不一致を説明できないため、これを挑戦すること。
• 銀河宇宙線（GCR）が雲の形成に与える影響を通じて、氷河期が主に駆動されている可能性を調査すること。
• 深海堆積物中の10Beを用いたGCRフラックス変動と気候変動の間の実証的証拠を提供すること。
• 地球磁気場の変動と公軌道調制が、氷河期-間氷期サイクルにわたるGCRフラックスをどのように調制しているかを調査すること。
• 非線形な日射応答を必要とせず、GCR-雲-気候連携が10万年サイクルを説明できるかを検証すること。

提案手法

• 22万年間にわたるGCRフラックスの再構築を目的とした深海堆積物コア中の10Be濃度の分析。
• オーストリアおよびオманの洞窟石灰岩の成長記録を、過去の気候状態の指標として用い、10Beから得られたGCRフラックスと相関をとること。
• GCRフラックス記録のスペクトル解析により、公軌道周波数成分（例：10万年および4万年サイクル）を検出すること。
• 地球磁気場の調制とGCRフラックスへの影響を評価するため、古地磁気データ（強度および傾き）の検討。
• 太陽活動が静穏な状態（例：マウンダー極小期）におけるヘリオスフィアGCR輸送のモデリングにより、緯度勾配と公軌道調制のGCRフラックスへの影響を推定すること。
• 人工衛星およびニュートロンモニタデータを統合し、GCR-雲相関の物理的妥当性を評価することにより、GCR-雲-気候連携の妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GCRフラックスの変動が、日射量駆動のミランコビッチ駆動よりも、10万年サイクルの主要な氷河期サイクルをよりよく説明できるか。
• RQ2 地球の公軌道傾きの変化に起因するGCRフラックスの検出可能な軌道スケールの調制が存在するか。
• RQ3 地球磁気場の変動、特に強度および傾きの長期的変化が、氷河期スケールのGCRフラックスにどの程度影響を及ぼすか。
• RQ4 人工衛星データで観測されたGCRフラックスと雲の相関が、地球物理学的スケールで顕著な気候強制力にまで及ぶか。
• RQ5 氷河期終焉が日射量の増加よりも先に発生するという因果関係の問題が、GCR駆動メカニズムによって解消可能か。

主な発見

• 深海堆積物中の10Be記録22万年分は、GCRフラックスに明確な軌道周波数成分を示しており、特に10万年サイクルが支配的である。
• オーストリアおよびオマーンの洞窟石灰岩成長記録は、再構築されたGCRフラックスと強く相関しており、気候が宇宙線変動に応答していることを示している。
• Sint-800記録からの古地磁気データは、地球磁気場強度および傾きにこれまで未発見の軌道周波数変動を示しており、公軌道サイクルと地球内部発電磁気の生成（ジオダイナモ）の間に相関がある可能性を示唆している。
• 公軌道傾きの変化に起因するGCRフラックスの10万年調制が、特に磁気的に静穏な太陽状態で緯度勾配が強化される場合に顕著に確認された。
• GCR駆動の雲の変化が日射量誘発の温暖化を前もって引き起こすことで、ミランコビッチモデルの因果関係を逆転させることで、「ステージ11問題」と「因果関係の問題」を説明できると示唆された。
• ラシュアンプイベント（37–40 kyr BP）の間、地球磁気場が低値であったにもかかわらず、顕著な気候反応が認められなかったことから、GCR効果は緯度や雲の微物理的要因などの他の要因によって調節されている可能性があると判明した。