証拠は、二酸化炭素排出量が正味ゼロに達すると、地球温暖化はおそらく止まることを示唆しています。
これは新しい発見ではありません。科学界は、少なくとも2008年以降、CO2排出量がゼロになれば気温の上昇はおそらく止まると認識してきました。
しかし、仮に世界のCO2排出量がゼロになったとしても、他の温室効果ガスがどうなるかについては、依然として大きな不確実性が残っています。
また、過去の温暖化の要因による影響は、今後も長年にわたって続く可能性があります。
本研究は、異なる「ネットゼロ」シナリオの予測される結果と、それが地球にとって何を意味するかを検証するものです。
メディアの報道では、過去の排出の結果として、将来、世界は「確定的な温暖化」に直面しており、より高い気温が「固定化されている」、「パイプライン上にある」または「不可避」であるとされ、今日社会がどのような選択をするかにかかわらず、そうなるとされています。
むしろ、利用可能な最良の証拠は、二酸化炭素（CO2）排出量がゼロに達すると、温暖化はおおむね止まる可能性が高いことを示しており、つまり人類は気候の将来を選択する力を持っているということです。
最近、科学者らがこの点を指摘した際、それは報じられてきました新たな科学的発見として。しかし、科学界は、CO2排出量がゼロになれば将来の気温が横ばいになる可能性が高いことを少なくとも2008年以降認識してきました。気候変動に関する政府間パネル（IPCC）による2018年の1.5℃特別報告書も、ゼロ排出シナリオに焦点を当てており、同様の知見を示しています。
温暖化の確定性を巡る混乱の多くは、二つの異なる概念を混同することに起因しています。すなわち、大気中のCO2濃度が現在の水準にとどまる世界と、排出量が正味ゼロに達して濃度が低下し始める世界です。
しかし、世界のCO2排出量がゼロになったとしても、メタンや一酸化二窒素などの非CO2温室効果ガス（GHG）の動向、また、地球を冷却する硫酸塩エアロゾルの排出量、ならびに長期的なフィードバックプロセスや気候システムの自然変動については、依然として大きな不確実性が残っています。
さらに、排出量がゼロに達した後も、気温は数世紀にわたって低下するのではなく横ばいで推移すると予想されており、つまり、大規模な正味マイナス排出がなければ、既に生じている気候変動を元に戻すことは困難であることを意味します。
CO2濃度一定とゼロ排出
ゼロ排出の影響を巡る混乱は無理もありません。たとえば、NASAの気候に関するFAQ――2007年に最終更新されたもの――でも、「たとえ今日温室効果ガスの排出を止めたとしても、地球温暖化は少なくとも今後数十年、場合によっては数世紀にわたり続くだろう」と述べています。（NASAのGavin Schmidt博士は、この表現は最新の研究を反映しておらず、更新作業が進行中だと、Carbon Briefに対して述べています）。
混乱の一般的な原因の一つは、二つの大きく異なるシナリオを混同することです。すなわち、CO2濃度が今日の水準のまま維持される世界と、すべての排出が直ちにゼロになる世界（または、同じ効果をもたらす正味ゼロ。重要なのはCO2の発生源と吸収源のバランスですが、吸収源が自然由来か人為的かの程度は判断が難しい問題です）。
2000年代半ばまで、多くの気候モデルは、排出量がゼロに達した影響を検証できませんでした。これは、モデルに生物地球化学的循環――たとえば炭素循環――のモデル化が含まれておらず、CO2排出量を大気中のCO2濃度へ効果的に換算できなかったためです。
その結果、気候モデルは排出量ではなく大気中のCO2濃度のシナリオで実行される傾向があり、大気中のCO2濃度が将来も現在の水準に固定された場合に何が起こるかを検討することが多くありました。
これらの「一定濃度」シナリオは、海洋がゆっくりと温まって大気と同じ温度に達し、地球が放射平衡に戻るまで、「パイプライン上」にある追加の温暖化が生じることを示しました。放射平衡とは、太陽から地球が吸収するエネルギー量が、宇宙へ再放射されるエネルギー量と等しい状態を指します。
モデルは、濃度が同じ水準に維持された場合、今後数世紀にわたり0.4℃から0.5℃程度の追加の温暖化が生じることを示唆する傾向がありました。
ただし、CO2濃度が一定の世界は、ゼロ排出の世界ではありません。CO2濃度を一定に保つには、陸と海に吸収されるCO2を相殺するため、ある程度の排出が継続する必要があります。これは現在の世界の排出量のおよそ30%に相当しますが、必要量は時間とともに減少します。
一方、排出量をゼロにすれば、大気中のCO2濃度は速やかに低下し、最終的にはより低い水準で安定します。
以下の図は、2010年のNature Geosciences掲載論文（著者H Damon Matthews教授とAndrew Weaver教授）を改変したもので、2200年までの気温変化の予測を、一定濃度のシナリオ（赤線）とゼロ排出のシナリオ（青線）で比較しています。
Matthews教授とWeaver教授は、一定濃度のシナリオでは、2200年までに世界はさらに約0.3℃温暖化し続けることを明らかにしました。深海がゆっくりと温暖化を続けるため、今後数世紀にわたり若干の追加の温暖化も生じます。
世界がすでに約1.3℃温暖化していることを踏まえると、現在のCO2濃度が、ある程度の排出継続によって一定に維持される場合、1.5℃の上限を超えることになります。
対照的に、両教授は、正味ゼロ排出の世界では、排出が停止した時点の水準にほぼとどまり、気温は安定すると示唆しました。
海洋の温暖化と大気中CO2の減少
排出量がゼロに達した後も気温が安定するという知見は、反対方向に作用する二つの異なる要因に起因します。
地球は現在、熱平衡から外れており、宇宙へ逃げる以上に、太陽からのエネルギーが大気中の温室効果ガスによって閉じ込められています。この追加の熱の90%以上は海洋の温暖化に費やされています。しかし、海洋の温暖化が続くにつれ、大気からの熱の取り込みは減少し、世界の平均地表温度はさらに上昇します。
同時に、陸と海は、人類が毎年排出するCO2のおよそ半分を吸収しています。排出量がゼロになれば、これらの「炭素吸収源」は、過去に排出された余分なCO2の一部を、新たな平衡へ向かう過程で、当初は速く、その後は徐々に吸収し続けます。これにより、大気中のCO2濃度、ひいてはそれによって生じる温暖化が減少します。
偶然にも、これら二つの要因は互いに打ち消し合います。海洋の温暖化の継続による追加の地表温暖化は、大気中CO2の減少による冷却によって相殺されます。
これら二つの要因はいずれも、時間の経過とともに同様のパターンを示すと予想されており、正味ゼロ排出の直後の数年間で大きく、その後徐々に弱まります。
非常に長期的には――数百年から数千年にわたり――、人為的なCO2排出量が正味ゼロのまま維持される限り、炭素吸収源が支配的となり、最終的に世界の気温は低下すると考えられます。CO2の寿命は、大気中で、吸収源がCO2をどれだけ速く取り込むかによって決まります。排出量の約半分は比較的速く吸収されますが、大気中に蓄積されたCO2排出量の一部は、数万年にわたり残り続けます。
過去1年間に発表された新たな結果は、ネットゼロのCO2排出が気温に与える影響についてはるかに強力な証拠を示しています。これらの結果は、炭素循環の動態を組み込んだ一連の最新の気候モデル群から得られたもので、地球システムモデル（ESMs）と呼ばれるものです。
ゼロ排出コミットメントモデル相互比較プロジェクト（ZECMIP）では、18の異なるESMを用いて、世界の排出量が直ちに停止した場合に何が起こるかをシミュレーションしました。これは現実の世界では起こりそうにない結果ではありますが、有用な実験です。また、排出量が正味ゼロまで徐々に減少するケースも検証し、正味ゼロに到達した後に急激に停止した場合と同様の結果を得ました。
（ZECMIPは、CMIP6の枠組みのもとで実施されたモデル相互比較プロジェクトの一つであり、IPCCの第6次評価報告書に向けて開発された新世代の気候モデル群で、2021〜22年に公表される予定です。）
下図は、排出停止から50年後のこの実験の結果を示しています。上段は、地表で蓄積されるエネルギー量（エネルギーフラックス）の、さまざまな発生源からの変化を示しています。下段は、排出ゼロの50年後の平均地表温度変化を示しています。
赤いバーは、海洋が温暖化することによる海洋熱吸収の減少からの温暖化を表し、青と黄色のバーは、それぞれ海洋と陸域によるCO2吸収からの冷却を表しています。上段の正味強制力は、必ずしも予測される気温への影響と一致するとは限らず、自然変動やその他の要因もESMにおける地表温度変化に影響を及ぼし得る点に注意が必要です。
ゼロ排出に到達してから50年後の予測される将来の気温変化は、0.3℃の冷却から0.3℃の温暖化までの幅があり、ZECMIP実験に参加したすべてのモデルの平均では約0.1℃の冷却となります。10のモデルは地表温度の変化がほぼゼロに近いと予測しており、3つのモデルは顕著な冷却、2つのモデルは顕著な温暖化を示しています。
正味ゼロ排出の異なる意味
気候緩和の取り組みの多くはCO2に焦点が当てられていますが、他の温室効果ガスやエアロゾルの人為的排出も、世界の地表温度に大きな影響を与えています。一方、CO2排出量がゼロになれば世界の気温は安定しますが、温室効果ガスまたはエアロゾルの排出がゼロであっても、同様のことは当てはまりません。
IPCCの1.5℃特別報告書（SR15）では、簡略化されたESMを用いて、ゼロ排出のさまざまな定義のもとで地表温度がどのように推移する可能性が高いかを評価しました。これらの異なるシナリオの結果は、以下の図に示されています。
同報告書は、上記で検討したケース――青線で示される、CO2排出量がゼロの場合――を検討しました。しかし、CO2とエアロゾルの排出がゼロの場合（赤）、温室効果ガスがゼロの場合（黄）、温室効果ガスとエアロゾルがゼロの場合（紫）も検討しています。
人為的な排出物であるエアロゾル――大気中に浮遊し、入射する太陽光を宇宙へ反射する硫黄または窒素の微粒子――は、地球に強い冷却効果をもたらしますが、その正確な大きさについては大きな不確実性があります。エアロゾルは大気中での寿命も比較的短く、排出が停止すれば、現在大気中にあるエアロゾルは速やかに除去されます。
その結果、CO2とエアロゾルの排出がゼロになると、CO2排出量のみがゼロの場合と比べて、世界は約0.4℃温暖になります。このシナリオ（赤線）では、世界は2100年までに約1.75℃に達し、1.5℃の目標を超える可能性が高くなります。
他の温室効果ガスも、地球温暖化の重要な要因です。人為的なメタン排出は、特に、約4分の1を占めており、これは世界がこれまでに経験した過去の温暖化の一部です。
CO2と異なり、メタンは大気中での寿命が短く、現在の排出量は12年後にはほぼ大気中から消失します。これが、すべての温室効果ガス排出がゼロになった場合に、2100年までに世界が顕著に冷却する主な理由です。その結果、CO2のみがゼロになったシナリオと比べて、約0.5℃の冷却がもたらされます。
最後に、温暖化に影響するすべての人為的排出――温室効果ガスとエアロゾルを含む――がゼロになった場合、IPCCの結果は、短期的には20年間の温暖化の一時的な上昇が生じ、その後、長期的な低下が続くことを示唆しています。これは、エアロゾルが大気中から消失することによる温暖化の影響と、メタン濃度の低下による冷却の影響が相反することを反映しています。
結局、非CO2温室効果ガスの排出停止による冷却が、エアロゾル排出停止による温暖化を上回って相殺し、2100年までに約0.2℃の冷却をもたらします。
もちろん、これらはあくまで最良の推定値にすぎません。前述のとおり、CO2のみがゼロの場合でも、モデルは0.3℃の冷却から0.3℃の温暖化までを予測しており、エアロゾルの効果に関する大きな不確実性のため、すべての温室効果ガスとエアロゾルをゼロにすると、0.25℃の追加の冷却または温暖化のいずれにもなり得ます。
これらの不確実性をすべて組み合わせると、排出がゼロになった後の1世紀におけるCO2ゼロの影響の最良の推定値は約0℃±0.3℃であり、温室効果ガスとエアロゾルがゼロの影響は約-0.2℃±0.5℃となることが示唆されます。
ゼロ排出の将来においても、将来の温暖化には自然変動が役割を果たす可能性があります。最近の論文は、Chen Zhou教授と共同研究者らは、東部太平洋の自然のサイクルが、過去の排出によって生じたはずの温暖化の一部を覆い隠してきたことを示唆しています。
Zhou教授らは、この海域の寒冷な気温の過去のパターンが反転すると、ゼロ排出の世界でも0.2-0.5℃の追加の温暖化が生じる可能性があると示唆しています。ただし、この温暖化のうち2100年までに生じるのは一部にとどまる可能性が高いです。
他の研究者の一部は、これらの結論に 懐疑的な立場をとっており、太平洋のこれらの過去のパターンが変化するかどうか、また変化するとすればいつかは不明確であることを示唆しています。
本稿で取り上げた研究はすべて、今日のゼロ排出シナリオの影響を検討しています。しかし、仮にゼロ排出が今世紀後半に生じた場合には、より多くの炭素循環のフィードバックプロセス――たとえば永久凍土の融解――を、現在の世界の気温水準の下で生じる場合よりも固定化する可能性があります。
産業革命前の水準を2℃または3℃上回って温暖化した世界は、今日の世界よりも多くの将来の確定的な温暖化を固定化する可能性があり、これらの影響を探るには、さらなる研究が必要です。
最後に、現在の最良の推定では、ゼロ排出の世界では気温は安定すると示唆されていますが、それはすべての気候影響が悪化しなくなることを意味するわけではありません。
融解する氷河と氷床と海面上昇はいずれも緩やかに進行し、地表温度の上昇より遅れて生じます。ゼロ排出の世界でも、今後数世紀にわたり海面は上昇し続け、一部の推定では、少なくとも80cmの追加の海面上昇が「固定化されている」と示唆されています。
これらの影響を止めるには、最終的に世界の気温を引き下げる必要があるかもしれず、そのためには世界全体の正味マイナス排出を行う必要があり、正味ゼロに到達するだけでは気温上昇を止めるのに不十分です。
