人為的温暖化による大気循環の変化と角運動量の増加：地球の自転への影響

なぜ一日の長さはひそかに変わっているのか

私たちは一日を地球の一定の回転によって決まる固定の24時間と考えがちです。しかし地球の自転は常にわずかに変化しており、この新しい研究は人為的な気候変動がその一部になりつつあることを示しています。地球規模の風の流れや大気の分布を再編することで、温暖化は地球の回転をわずかに遅くし、測定可能な程度に一日の長さを延ばしています。

大気と地球が共有する宇宙的な回転

地球とその大気は回転する部品が結合したシステムのように振る舞います。固体の地球が質量の大部分を占めますが、その上を動く空気も「勢い」を持ち、角運動量として回転に寄与します。大気が速く回れば、系全体の回転を保つために固い地球は遅く回らなければなりません—フィギュアスケーターが腕を広げて回転を遅らせるのと似ています。著者たちは、長期的な気候変化がこの繊細な交換をどのように変えるか、そしてそれが一日の正確な長さに何を意味するかに注目しています。

上空風の強化と気候帯のシフト

高排出シナリオで2100年まで走らせた三つの現代的気候モデルの大規模なシミュレーション群を使い、研究は温暖化がどのように全球の気流を再形成するかを追跡します。惑星が暖まると、ハドレー循環として知られる熱帯の循環が極方向に拡大し、亜熱帯の高高度ジェット気流が強化されます。同時に、熱帯の地表近くの貿易風は弱まります。これらの変化により、大気の運動のより多くが高速の高高度西風に移り、地球を取り巻きます。これらの風は地球の自転と同じ方向に動くため、大気の角運動量が増加します。

重くなる大気帯と高まる高気圧系

研究チームはまた、空気の重さ—地表気圧に反映される質量—が全球でどのように移動するかを調べます。温暖化は特に北緯・南緯約30度付近の亜熱帯で大きな高気圧系を強化します。これにより大気の質量が地球の回転軸からより遠くに置かれ、角運動量に対して別の、より小さな押し上げ効果をもたらします。この質量に関連する効果は高速風による増加より弱いものの、両者は同じ方向に働きます。すなわち大気が加速し、固体の地球が減速するのです。

大気と地面の結びつきの緩み

通常、山地や地表摩擦は地球と大気の間で運動量を交換するのを助けます。ヒマラヤやアンデスのような大きな山脈に跨る気圧差は固体地球に力を及ぼし、地表風は地面に擦れて回転を分け合います。シミュレーションは、継続する温暖化の下でこうした交換が弱まることを示しています。山岳を跨ぐ気圧力は地球の回転に逆らう形でより強く整列し、かつて惑星に回転を移していた熱帯の地表風は弱まります。その結果、大気は角運動量を地面に返すのではなく、より多く保持するようになります。

一日はどれだけ長くなるのか

これらの要素を総合して、著者たちは変化する大気の回転を一日の長さの変化に換算します。三つの気候モデルのアンサンブル全体で、地球の平均気温が1℃上がるごとに一日は約0.1ミリ秒延びると見出します。21世紀末までには、これらの大気変化の影響は月の潮汐による長期的な地球自転の減速に通常帰される量に対して概ね10〜18%を付け加える可能性があります。日常生活ではこの一日あたり数分の一ミリ秒の余分は気づかれません。しかし精密な時刻測定や地球内部を研究する科学者にとっては、人為的気候変動が地球の回転のタイミングにまで及んでいることを示す信号です。

引用: Satpathy, S.S., Franzke, C.L.E., Yuan, N. et al. Anthropogenic warming-driven atmospheric circulation shifts and angular momentum increase: influence on the Earth’s rotation. npj Clim Atmos Sci 9, 101 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01382-z

キーワード: 地球の自転, 大気循環, 気候変動, 一日の長さ, 角運動量