気候科学を氷から引き離した冷戦プロジェクト

1961年――CBSニュースのアンカーマンになる前年――ウォルター・クロンカイトは、グリーンランド氷床の上にある珍しい軍事施設、キャンプ・センチュリーを訪れた。雪と氷の下に掘られたキャンプ・センチュリーには、メインストリートと、250人の兵士と科学者のためのプレハブ住宅があり、すべて小型原子炉で稼働していた。クロンカイトはそこへ到着するために、「ワニガン」と呼ばれる、巨大なキャタピラー製トラクターに連結された暖房・断熱機能付きのトレーラーで、氷床の端から数日間の運搬に耐えた。その速度は、ゆっくりと歩く人間の速度と同じだった。

クロンカイト氏のテレビ報道は、基地の規模と大胆さに驚嘆するものだった。食堂、教会、そしてジョーダンという理髪師のヘアカットサービスまで備えていたのだ。クロンカイト氏がキャンプ・センチュリー司令官トム・エバンス氏に目的を尋ねると、エバンス氏は3つの目標を早口で挙げた。「一つ目は、極地建設における有望な新コンセプトをいくつか試すことです。二つ目は、この新しい原子力発電所の実用的フィールドテストを行うことです。そして最後に、キャンプ・センチュリーを建設するのは、グリーンランドの奥地に、科学者たちが研究開発活動を行うための優れた拠点となるためです。」

エバンズがクロンカイトと話したとき、センチュリー基地で働く研究者や兵士の中には、彼の答えが必ずしも率直ではないことに気づいていた者もいた。キャンプ地では、エバンズが話さなかった別のプロジェクトが進行していた。メインキャンプから約400メートル離れた氷の下の塹壕で、陸軍工兵隊の工兵が密かに巨大な銑鉄の塊を平床貨車に積み込んで移動させていたのだ。数千ポンドにも及ぶ銑鉄の塊は、中距離弾道ミサイルの重量に匹敵する重さだった。

キャンプ・センチュリーが放棄されてから数十年後、米軍がアイスワーム・システムと呼ばれるシステムを提案していたことが明らかになった。これは、ソ連に向けられた600発の弾道ミサイルからなる核兵器で、グリーンランド氷床の下を鉄道で常時移動させるというものだった。アイスワームは結局建設されなかった。軍はすぐにキャンプ・センチュリーの寿命が尽きたことを理解した。せいぜい10年しか持たないだろうが、その時点で積雪が屋根を押し下げ、壁を圧縮し、最終的に破壊されるだろうと軍は認めていた。

キャンプ・センチュリーは、冷戦時代のパラノイアと奇行の完璧な例でした。建設費が高く、維持管理が難しく、居住も快適とは言えない、あり得ない前哨基地でした。皮肉なことに、キャンプ・センチュリーは、画期的で歴史的な工学実験の舞台でもありました。たまたま、米軍がそれほど関心を寄せていなかった実験だったのです。実際、キャンプ・センチュリーで行われていた研究プロジェクトの重要性は、数十年後まで真に理解されることはありませんでした。

雪と氷の地表から数十フィート下にある洞窟で、科学者たちは地球の歴史を読み解く新たな手法を完成させようとしていた。少数の氷河学者は既に、この氷床には遠い昔の出来事や気温の凍った記録がおそらく含まれているだろう、つまり、未だ解読されていない何らかの方法で、過去への暗号が暗号化されているだろう、ということを理解していた。

この暗号は、数千年前に降り積もった雪の結晶の中に閉じ込められていました。氷を掘削すれば、サンプル（後にコアと呼ばれる円筒状の氷）を採取し、実験器具を使って過去の謎を解き明かせるだろうという仮説が立てられました。深く掘削すればするほど、より遠い過去に遡ることができました。

「軍は私たちに居候させてくれました」と、キャンプ・センチュリーの氷床コアのカタログ作成と分析を担当した地質学者、チェット・ラングウェイは回想する。軍はキャンプが核ミサイル研究ではなく科学研究のための場所であるという印象を与えようとしていたため、キャンプ・センチュリーの職員たちは、掘削作業員が行っている作業を訪問者に見せることを歓迎した。クロンカイトは掘削プロジェクトの初期段階を視察した。「いわば、私たちは隠れ蓑のような存在でした」とラングウェイは言う。彼のチームの目標は、岩盤に到達するという極めて真剣なものだったにもかかわらず。

キャンプ・センチュリーでの実験の立案者は、粋で時に短気な元教授、アンリ・バダーだった。1950年代半ばから、バダーは陸軍工兵隊の雪氷永久凍土研究施設（SIPRE）の主任科学者として働いていた。キャンプ・センチュリーと同様に、この小さな組織も冷戦の産物だった。

アメリカがソ連と激しい競争を繰り広げる新たな世界秩序において、両超大国を隔てる地理的領域は、世界の頂点に位置する広大な凍土の荒野でした。SIPREは、これらの凍土の荒野における陸軍の部隊管理を支援するために設立されました。極北に派遣された兵士たちが、より効果的に戦闘し、より効果的に行動し、より効果的に活動できるよう、雪と氷の特性を研究することが目的でした。

中背で、あごひげを生やし、薄くなった髪を後ろに梳かした男、ベイダーは煙草を吸い、威圧的な雰囲気を漂わせていた。軍の実務的な要求と自身の好奇心や目標を巧みに融合させる才能に恵まれていた。ベイダーにとって、層状の氷床は気候と大気の歴史を年ごとに記録してくれる可能性を秘めていた。つまり、これらの層から正確な温度を読み取る方法を見つけ出せれば、（ベイダーの言葉を借りれば）「宝の山」が見つかることになるのだ。

同様に重要なのは、これらの層が堆積層だったことです。地球の大気中のあらゆるものが、氷に変わった雪とともにそこに堆積したのです。理論的には、氷床の深部から採取された氷床コアには、例えば産業革命の始まりを物語る痕跡が残っており、大気中のガスや汚染が時間の経過とともにどのように激化していったかを示す証拠が含まれているはずです。

同様に、氷床コアには、インドネシアのクラカタウ火山（1883年）や、ポンペイ近郊のベスビオ火山（西暦79年）の噴火後に地球を覆った灰の痕跡が含まれている可能性があります。グリーンランドの氷の中心部の厚さから判断すると、記録ははるかに古いものになるかもしれません。

さらに、氷床には空気の泡が閉じ込められていました。1940年代後半から1950年代初頭にかけて、ベイダーはアラスカで掘削された初期の氷床コアの泡の調査を行いました。「彼は泡が圧力を受けているのを見ることができました」と、SIPREの同僚であるカール・ベンソンは回想します。「泡は、それが密閉された時の大気を記録しているのです。言い換えれば、氷床の中のこれらの小さな泡は、当時の気候の履歴を記録しているのです。彼はそれを知っていました。私たちもそれを知っていましたが、問題は『それをどのように測定するか』でした。」

ベイダーはすぐに答えが見つかるとは思っていなかった。しかし、氷床から「深層コア」と呼ぶものを採取することが、その秘密を解き明かす第一歩になると確信していた。掘削班は1961年と1962年にいくつかの試掘孔を掘削したが、結果はまちまちだった。上部から下部への掘削作業は1963年10月に本格的に開始された。ベイダーは深さ約1マイルと推定し、掘削班は4ヶ月で岩盤近くに到達できると予想していた。

氷床コア採取用にカスタマイズされた掘削リグは、途方もなく複雑な装置です。これらの機械が適切に機能するには、狭い穴を1～2マイル（約1.6～3.2キロメートル）も掘り下げ、氷を1インチずつ掘り進めなければなりません。この過程では、長さ3フィート（約9メートル）から10フィート（約3メートル）の氷の円筒形のコアを氷床から安全に切り出し、掴んで切断し、ウインチで地表まで引き上げなければなりません。その後、ドリルは再び下へ降り、さらに深く掘り下げなければなりません。キャンプ・センチュリーの掘削では、アンリ・バダーは、先端が中空の「サーマル」ビット（高温の金属リングで、下へ進むにつれて氷を溶かし、長い円筒形の氷床コアを採取する）を使用する新しいタイプのドリルの開発を提案しました。

氷を厳重に管理することは、優れたドリルと同じくらい重要です。もしチームがコアが氷から採取された順序を把握できなければ、科学者たちは気候の履歴を見失い、実験全体を危険にさらす可能性があります。そのため、1960年代初頭の夏のほとんどの日、キャンプ・センチュリーの掘削溝で地表に到達したコアは、慎重に袋詰めされ、記録され、壁際の棚に段ボールの筒に入れて保管されました。

しかし、チェット・ラングウェイは、それらを片付ける前に、ライトテーブルの上でじっくりと調べるのが常だった。地表に近い場所から採取されたコアには季節的な縞模様が見られ、時には凍った塵の塊も見られ、古代の火山噴火や砂嵐の痕跡を示唆していた。しかし、ドリルが深く掘り進むにつれて、コアには年輪の痕跡があまりはっきりと残らなくなっていった。

さらに、ラングウェイは、一部のコアが霧状で気泡だらけで、まるで凍った牛乳の円筒のような状態で地表に現れたのを確認した。一方、深部ではガラスのように透明な氷が姿を現したが、数週間後には再び霧状になっていた。氷床の深部で莫大な圧力を受けていたガスが再び泡状になったためだ。曇って気泡を含んだ氷の中には、クリスタルの脚付きグラスのように脆いものもあった。ドリルのコアバレルから氷を回収して数分後、ラングウェイはそれが割れるのを目撃し、パチパチという音を聞いた。これは、地表の圧力変化に反応して内部の空気が「緩和」したためだった。

ハーブ・ウエダは通常、日々の掘削作業を担当する技術者でした。彼は通常、毎年4月にキャンプ・センチュリーに飛行機で到着し、9月まで滞在していました。彼自身の評価によれば、彼の家族は極貧でした。彼は北西部で育ち、両親と共に農作物畑や果樹園で労働者として働くことが多かったのです。1941年12月の真珠湾攻撃後、ウエダと彼の家族はアメリカ政府によってワシントン州タコマ地域からアイダホ州の日系アメリカ人強制収容所に移送されました。3年間、彼の家族は約9,000人の他の日系アメリカ人と共に、有刺鉄線で囲まれた、事実上の強制収容所のような場所で暮らしました。

上田は高校を卒業し、徴兵され、アメリカ陸軍に入隊しました。その後、イリノイ大学で機械工学の学位を取得しました。29歳でシカゴで仕事を探し始めた頃、面接を受けている最中に「雪と氷の研究室みたいなところ」から電話がかかってきました。それがSIPREでした。翌年の夏、上田はグリーンランドへ飛び、氷に穴を開ける方法を習得しました。

上田は、コアが地球の歴史について何を語るかという点よりも、いかにして氷床からコアを掘り出すかという点に重点を置いた。彼はすぐに掘削リグのあらゆる欠点や問題点を把握した。作業は時間がかかり、困難で、上田は熱掘削機にますます苛立ちを募らせていた。平均して、掘削機は1分間にわずか2.5cmほどの速度で氷床を溶かしていたのだ。

1964年、オクラホマ州への視察中、陸軍工兵隊の技術者数名が古い石油掘削装置を発見した。「どこかのトウモロコシ畑で放置されていたんです」と上田氏は回想する。「所有者が1万ドルで売ってくれると言ってきたので、それを買い取り、氷上でも使えるように改造しました」。この「電気ドリル」は1965年春、キャンプ・センチュリーへ空輸された。

それは不格好な機械だった。全長83フィート（約24メートル）、重量2,650ポンド（約1,100キロ）。掘削タワーと、ドリルの安定性と動力源である8,000フィート（約2,400メートル）の太いケーブルは含まれていなかった。先端には、ダイヤモンドがちりばめられた中空の円形の切削ビットが取り付けられており、毎分225回転の速度で回転していた。「このドリルで20フィート（約6メートル）のコアを掘ることができたんです」と上田氏は1965年の夏を振り返る。「おかげでかなり深いところまで掘れるんです。調子が良ければ100フィート（約30メートル）以上も掘れました」

上田は今、急速に前進していた。これは彼にとって少しばかりの励みとなった。というのも、夏の終わりにはキャンプ・センチュリーが彼の周囲で崩壊し始めていたからだ。塹壕の中では、建物、人、そして機械からの熱が床や壁を軟化させ、不安定にしていた。キャンプの中央を貫く広い塹壕、メインストリートは、ラングウェイの記憶によれば汚れた白い流砂で覆われていた。

同時に、地上12メートルほどの地面に降り積もる雪が天井を押し下げていた。キャンプ・センチュリーで暮らす住民たちは、壊滅的な崩落への恐怖を常に克服する必要があった。しかし、事態は悪化の一途を辿っていた。キャンプの維持管理のため、50人もの男たちが壁や天井の削り取り作業にあたった。たいていはチェーンソーが使われたが、それはもはや勝ち目のない戦いだった。

1966年の晩春、チームはトレンチ12に戻り、電気ドリルを起動した。コアリング作業は相変わらず同じだった。切断、掴み、切断。コアを引き上げ、捕獲・分析する。これを繰り返す。1966年7月4日、彼らは深さ4,450フィートの岩盤に到達した。上田が底に到達した日の写真が残っている。軍服と断熱帽を身に着けた彼は、観察のために掘削スリーブからトラフに滑り込ませた氷と岩の長い円筒の横に立っている。彼は驚きと安堵の表情を浮かべている。上田は後に、それが彼のキャリアの中で最も満足のいく瞬間だったと回想している。そこに到達するまでに6年かかったのだ。

この偉業を祝うため、センチュリーの従業員数名が、キリストの生誕とほぼ同じ年代の氷の塊を採取し、それをドランブイのグラスに入れてこの偉業を祝った。

1966年の夏は、キャンプ・センチュリーが陸軍基地として最後のシーズンを迎えた年でした。原子炉は最終的に米国本土へ移設されましたが、まずはキャンプ・センチュリーのワニガン、トラクター、トラックと共に、140マイル離れたチューレの軍事基地へ持ち帰られました。しかし、それ以外のほぼすべてのものはキャンプ・センチュリーの塹壕に残されました。寮や食堂として使われていたプレハブ小屋、テーブル、椅子、流し台、マットレス、二段ベッド、小便器、ビリヤード台などです。収容所から排出された廃棄物、つまり人間の排泄物、ディーゼル燃料、PCBなどの有害化学物質、原子炉からの放射性冷却材も残されました。

いずれにしても、すべてがすぐに雪の重みで押しつぶされてしまうだろう、そしてその後は永遠に氷床の中に閉じ込められてしまうだろう、というのが当時の仮説でした。

最高位の科学者チェット・ラングウェイは、キャンプ・センチュリーを1000個以上の氷床コアとともに去りました。やがて、それらはキャンプ・センチュリーという軍の奇妙な実験から得られた唯一の貴重な物であることが判明しました。彼は軍の輸送機を使って、ニューハンプシャー州ハノーバー近郊の冷凍庫へと氷を運びました。そこは彼が現在勤務している場所でした。

ラングウェイは、キャンプ・センチュリーのコアに含まれる微量ガスや証拠の断片を解釈するための協力者を求めて世界中を巡りました。彼の将来の科学者パートナーの一人は、すでにグリーンランドでの研究に魅了されていました。1964年、デンマーク人科学者ウィリー・ダンスガードがコペンハーゲンの同僚数名と共にキャンプ・センチュリーを訪れ、氷床の化学研究を行いました。ダンスガードは、この旅行中、掘削溝に実際に足を踏み入れることはなく、当時ラングウェイやハーブ・ウエダに会うこともありませんでした。キャンプの軍将校の一人から、彼はコアリング実験の観察を許可されていないと告げられたのです。

しかし、その話を聞いただけで、ダンズガードはその可能性への執着を強めた。日記にこう記している。「なんとも残念なことだ…アメリカ軍がこの氷床コアをどうするつもりなのか、未知数だ」。後にデンマークに戻り、再び掘削実験について思いを巡らせた彼は、キャンプ・センチュリーの氷は「誰にとっても、アクセス可能な科学的な金鉱となるだろう」と結論づけた。

1966年、コア採取の完了を知ったダンスガードは、チェット・ラングウェイに手紙を書き、氷床の分析を行うことを提案しました。ダンスガードの教え子の一人は後に、「あの手紙は氷床コア気候研究の誕生証明書だ」と語っています。

氷の科学者は根っからの探偵です。ダンスガードは当時、酸素同位体測定の先駆者の一人でした。同位体とは、酸素原子核に中性子が6個か8個かを示す、自然に発生する変化です。その違いは、水サンプル中の重くて希少な同位体（酸素¹⁸）と、軽くて一般的な同位体（酸素¹⁶）の含有量を比較することで表されます。

ダンスガードは1952年、自宅の庭でビール瓶と漏斗を使って雨水を集めたところから、この研究の一部を開始しました。そして彼は、温暖な天候の嵐は寒冷な天候の嵐よりも「重い」酸素¹⁸の割合が高い水分を生成することを理解し始めました。彼はさらに飛躍的な進歩を遂げ、雲の温度が雪や雨に含まれる酸素¹⁸の量を決定する要因となっているという結論に至りました。要するに、

温度が高いほど、 H 2 O中の¹⁸ O濃度が高くなります。

温度が低いほど、 H 2 O中の¹⁸ O濃度は低くなります。

ダンスガードは、この結果によって古い氷河の水に含まれる酸素の組成と気候を結びつけることが可能になると推測した。言い換えれば、深部氷床コアから採取したサンプルがおおよその年代を特定できれば、氷河中の酸素¹⁸濃度を測定できる可能性が高い。そしてその結果を分析すれば、たとえ1万年前、あるいは1万5000年前であっても、雪片が地球に落下した日の地表気温を推測できるのだ。

彼がこの実験に使用した道具は質量分析計でした。ダンスガードは、密閉容器内で氷のサンプルを二酸化炭素と反応させ、その一部を小さな真空チャンバーに送り込むことでサンプルを調製しました。研究室では質量分析計と呼んでいたこの装置は、サンプルに電気を照射して酸素分子を帯電させました。帯電したサンプルは、磁場を通過させることで、重い成分と軽い成分に分離することができました。

物理的には複雑だったが、結果は単純だった。機械内で、氷のサンプルから重い酸素同位体と軽い酸素同位体を検知し、その濃度を測定できるのだ。

「氷床コア全体を上から下まで測定することを申し出ました」と、ダンスガードは1966年にラングウェイに申し出た時のことを回想する。ラングウェイは快諾した。ダンスガードと数人の仲間はコペンハーゲンからニューハンプシャーへ飛び、キャンプ・センチュリー氷床コアから7,500個のサンプルを切り出し、デンマークに持ち帰った。ダンスガードは質量分析ラボで技術者たちに長時間働いてもらった。

その膨大な氷の山から、彼は最初の研究成果をまとめ上げた。1969年10月17日、ダンスガードのチームとラングウェイは、その成果を『サイエンス』誌に「グリーンランド氷床キャンプ・センチュリーにおける千世紀にわたる気候記録」と題して発表した。ダンスガードは、酸素同位体、ひいては気候を約10万年前まで遡るグラフを作成した。

ラングウェイは回想する。「ウィリーがあれを作った時、世界に衝撃を与えました。というのも、過去の気温を調べるのは最も難しいことの一つだからです。どうやってその情報を得るのでしょうか？岩石の炭素年代測定では得られません。うまくいきません。でも、氷の中のガスなら、年代を示すタグがあれば、それができるんです。」

サイエンス誌の記事で、ダンスガードは「氷床コアのデータは、これまで知られていたどの方法よりもはるかに多くの、そしてより直接的な気候学的詳細を提供しているようだ」と記した。しかしながら、彼にとって自身の研究が完璧ではないことは明らかだった。氷床コアの多くの部分は判読が困難であり、現代から遡ること1万年から1万5千年前の期間における様々な時点の地球の気候は、混沌とした気温変動を特徴づけていたように思われた。

これは地球が最後の氷河期から脱却しようとしていた頃だった。指標が激しく変動していた時期は、気候シグナルのノイズ、つまりグリーンランドの岩盤の隆起部を流れて折り重なった氷に由来する情報だった可能性があるので、文字通りに受け取る必要はないかもしれない。

一方で、これは現代において差し迫った重要性を持つ別の何かを示唆しているかもしれない。それは、気候が急激かつ劇的に変化する可能性があるということだ。

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