小氷期の火山活動

小氷期の火山活動とは、小氷期に起きた大規模な火山活動を指す。科学者らは、軌道力による黒点活動や温室効果ガスといった他の自然要因の中でも、火山活動が地球寒冷化の主な原動力だったという仮説を提唱した。スイスのベルン大学にある過去の地球規模の変動に関する科学的研究とネットワーク構築を目的とした登録古科学協会である過去の地球規模の変動 (PAGES) は、1630年から1850年までに合計16回の大噴火と寒冷化現象が発生したと示唆している。 ^[2]火山が噴火すると、火山灰がマグマとともに火口から噴き出し、大気中に雲を形成する。火山灰は太陽放射の一部を遮る隔離層として機能し、地球寒冷化を引き起こす。地球寒冷化の影響は海流や大気の循環に影響を与え、干ばつや飢饉などの社会的影響を引き起こす。そのため、小氷期には世界中で戦争や反乱が引き起こされた。オスマン帝国の危機^[3]や中国の明清交代^[4]は小氷期と密接に関連する典型的な例であると示唆された。

1641～1642年、1667～1694年、1809～1831年の3回の大規模な寒冷化期は、それぞれ火山の噴火によって引き起こされました。 ^[2] また、いくつかの大規模な火山噴火も気温の低下を引き起こしました。小氷期の間、すべての主要な火山噴火は成層火山、つまり複合火山でした。それらは、数千年にわたって別々の噴火口からマグマが逃げ出して層状に蓄積することによって形成されました。大量の硫酸塩と火山灰が火山から逃げ出し、気温が大幅に低下しました。

• 駒ヶ岳火山（1640年）^[5]（おそらく日本史上最大の噴火で、大量の火山灰を堆積した）^[6]
• ビヤリカ山^[4]チリ (1640)
• パーカー火山、フィリピン（1641）^[7]

• 支笏 (樽前)、日本 (1667)
• ガムコノラ、ハルマヘラ（1673）
• トンココ、スラウェシ島 (1680)

• 原因不明の火山活動（1809年）^{[2] [8]}
• タンボラ火山、インドネシア（1815年）（歴史上最大の噴火）^[9]
• ガルングン、インドネシア (1822) ^[8]
• ザバリツキー、シムシール、千島列島 (1831 年) ^[10]
• コシグイナ、ニカラグア (1835)

• ニューギニアのロングアイランド（1660）
• 有珠山（1663年）
• 富士山、日本（1707）
• 支笏 (樽前)、日本 (1739)
• セントヘレンズ、ワシントン州、米国 (1800)

※すべての火山噴火は、火山爆発指数（VEI）が5以上です。つまり、噴出したガスやエアロゾルの量が1km3以上、噴煙の高さが25km以上だったことを意味し^ます。

火山は通常、プレート境界またはホットスポットに沿って形成されます。噴火のたびに、地表下のマグマ溜まりから溶岩、火山灰、ガス（有毒ガスと温室効果ガス）が放出されます。放出された物質は地球全体の冷却効果を引き起こします。

地表の温度は温室効果の影響を受ける。小氷期には火山の噴火で灰が降り注ぎ、太陽放射を遮った。地表が受ける放射が減り、気温が大幅に低下した。この影響は約6～8年続いた（図5）。^[23]さらに、噴火で発生した二酸化硫黄がオゾン層と反応して硫酸を形成した。大気中に微細な硫酸エアロゾルが形成され、太陽光の反射が増加して地球寒冷化が引き起こされた。^[24]

科学者たちは、小氷期の自然的原因として、火山活動、軌道周期、太陽活動の低下、温室効果ガスなどをいくつか指摘した。ガブリエル・C・ヘーゲルは、様々な研究に基づいて小氷期のさまざまな強制力を比較した。^[23]火山、太陽、温室効果ガスの信号をパラメータとして、エネルギーバランスモデルをシミュレートした。彼らは、自然強制力と気温変化の相関関係を計算するために、様々なモデルを作成した。その結果、自然強制力が気温変化に重要な役割を果たしていることが示された（図5）。また、この研究では、3つの自然要因の間で気温変化の寄与も比較した。^[23]火山活動は小氷期の主な要因であった（図7）、^[23]火山活動が最大の強制力であったためである。

小氷期の火山活動は気温の異常を引き起こし、気候システム、つまり大気圏や水圏に影響を与えました。気候システムの影響は生態系や社会に影響を及ぼします。

小氷期には、北半球で顕著な気候の変化が見られました。北大西洋の海洋循環に非線形のレジームシフトが起こり、海洋循環が変化しました。^[26]この変化には2つの理由があります。第一に、寒冷な気候により、夏の北極海の海氷の融解速度が低下し、海に残る淡水が減少し、海洋の成層構造が変化しました。^[27]さらに、北海では、小氷期の盆地全体の寒冷化とは対照的に、急激な寒冷化が遅れ、徐々に温暖化傾向を示しました。[ ²⁶ ] これは、海洋が熱を吸収して熱量を補充するためです。科学者たちは、これは火山によって引き起こされたレジームシフトであると信じていました。^[26]

大規模な火山噴火は急激な寒冷化を引き起こし、古生物学では地球の平均気温が大幅に低下したことが示されています。^[8]これは地球規模のモンスーンシステムに影響を及ぼします。モンスーンシステムは季節ごとに方向を反転することで地球の気候パターンを支配する主要な風システムです。そのため、寒冷化後、さまざまな地域の気候パターン、つまり降水量と気温が変化しました。

アフリカモンスーン地域は北緯10度から北緯20度の間に位置し、西アフリカ地域に影響を与える主要な風系です。気温の変化により、アフリカモンスーンシステムと大西洋-ヨーロッパハドレーセルが弱まりました。^[28] アフリカモンスーン地域では、熱帯収束帯（ITCZ）が南に移動しました。ITCZは、無風帯（赤道の低気圧上昇域）から遠い位置に移動しました。^[29]大西洋の空気は乾燥した空気と収束し、降水量が減少しました。^[30]

アジア・オーストラリアモンスーンは、夏と冬の季節の卓越風の移行によって東アジアとオーストラリアに影響を与える主要な風系である。しかし、寒冷化によりアジア・オーストラリアモンスーンは弱まった。これは熱帯収束帯（ITCZ）の移動に影響し、湿った空気が南アジアと熱帯中国に到達できなかった。^[31]ガジェゴの論文は、小氷期にオーストラリアモンスーン指数DJFが低かったことを指摘した。^[32]

南アジアモンスーンは毎年インド亜大陸に影響を及ぼします。北部熱帯帯（ハドレーセルとフェレルセルの境界）^[30]の南方移動と大西洋数十年規模振動の弱まり^[33]が南アジアモンスーン（モンスーンシステムは主にインド亜大陸の気候に影響を及ぼします）に影響を与えました。小氷期には降水量が減少しました。

エルニーニョは、エルニーニョ南方振動（ENSO）とも呼ばれ、太平洋で発生しました。これは、ウォーカー循環（東太平洋と西太平洋の間の大気循環）に影響を与えます。通常の状況では、東太平洋で発生した暖かい空気が低気圧を形成し、東太平洋地域に風を吹き込みます。東太平洋地域の上昇気流は降水量を増加させます。（図8）しかし、エルニーニョが発生すると、暖かい空気が中央太平洋に移動し、降水量と気温の変化を引き起こします。小氷期には、火山活動の増加がエルニーニョを引き起こしました。17世紀半ばには、平均頻度が20年ごとであるのに対し、約5年に1回発生しました。^{[34] [検証に失敗]}南アフリカ、インド、中国南部などのさまざまな地域で干ばつを引き起こしました。^[4]

地球科学者は、気温の変化と自然強制力の割合を測定するために、気候指標のさまざまな代理指標と機器を使用しました。

年輪年代測定は、年輪年代学としても知られ、気候パターンを測る優れた指標である。それぞれの年輪には季節の周期が記録されている。 ^[35]科学者は、年代測定によって樹齢とその特定の期間の気温を判定することができる。年輪の幅は、温暖な季節には厚くなり、寒冷な環境では薄くなる。^[36]小氷期の間、幹の放射状成長は、小氷期前の約950年から約1250年までの温暖な気候の期間である中世温暖期（MWP）よりも細く、1400年から1800年の間の比較的低い気温を反映している。 ^[36]一方、小氷期には樹木の翼の幅が広くなっていることが分かっている。

炭素年代測定法は、放射性炭素年代測定法とも呼ばれ、炭素14の活性を測定することで有機物の年代と温度を決定する方法です。有機物は、気候が異なると炭素14の活性が異なります。小氷期の研究では、科学者は北極圏の苔などの埋もれた植物のサンプルを収集し、炭素14の活性を測定しました。彼らは得られたサンプルを同じ現存種のサンプルと比較して結果を得ました。 ^[37]

二酸化炭素（CO2 _）は地球温室効果において重要な役割を果たしている。これは地球全体の炭素循環（地球の生物圏、地圏、水圏、大気圏の間の炭素交換）を導く指標である。産業革命以前は、 _CO2濃度は主に土地利用と世界の生態系によって規制されていた。^[38]寒冷な気候では、低温が光合成速度に影響を与え、広大な植生面積を減少させる。^{[39]科学者は氷床コアサンプルを採取して}_CO2濃度を測定し、温度を推定して小氷期の二酸化炭素濃度が低かったことを明らかにした。 ^[38]

海氷は北極圏付近の海水によって形成されます。海氷の量は気温によって決まります。北極圏では、海氷は毎年定期的に融解と凍結を繰り返すサイクルがあります。海氷の成長と融解は、科学者が気候を研究するための重要なパラメータです。北極圏での氷の掘削により、科学者は海氷の凍結状況を理解することができました。ギフォード・H・ミラーと彼の研究チームは、海氷が小氷期の初め（1400年頃）に急速に凍結し、その後溶けていないことを発見しました。^[37]

現代の温度測定は1770年代から採用されています。温度を測定するための温度計液体として水銀が広く使用されていました。また、気圧、風向、降水量を測定するためのさまざまな装置もありました。^[40] 1770年代には、毎日の気候データを収集する観測所が20か所以上あり、研究のためのより正確な記録を提供しました。^[8]

• 火山活動
• 年輪年代測定
• 氷冠
• 炭素年代測定
• 海洋循環
• モンスーン

• パーカー、ジェフリー（2013年）。『地球規模の危機：17世紀の戦争、気候変動、大惨事』コネチカット州ニューヘブン：エール大学出版局。ISBN 978-0-300-15323-1。 
• ホワイト、サム（2011）。『近世オスマン帝国における気候反乱』。マサチューセッツ州ケンブリッジ：ハーバード大学出版局。ISBN 978-1-107-00831-1 
• ホワイト、サム（2017）。『冷たい歓迎：小氷期とヨーロッパと北アメリカの遭遇』マサチューセッツ州ケンブリッジ：ハーバード大学出版局。ISBN 978-0-674-97192-9。