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2024-07-08 09:00:00
気候変動が進むにつれ、海洋の循環は大幅に弱まると予測されている。科学者たちは、このような減速により、海洋が大気から吸収する二酸化炭素の量は減少すると予測している。しかし、循環が遅くなれば、深海から汲み上げられ、大気中に放出されるはずの炭素も減少するはずである。全体として、たとえペースが遅くなったとしても、海洋は大気からの炭素排出量を削減する役割を維持するはずだ。
しかし、MITの研究者による新しい研究によると、科学者は海洋の循環と長期的な炭素貯蔵能力との関係を再考する必要があるかもしれないという。海洋が弱まると、代わりに深海から大気中に放出される炭素が増える可能性がある。
その理由は、海洋の利用可能な鉄、湧昇する炭素と栄養素、表面微生物、そして一般に「リガンド」として知られるあまり知られていない分子クラスの間で、これまで特徴づけられていなかったフィードバックに関係しています。海洋の循環が遅くなると、これらすべての要素が自己永続的なサイクルで相互作用し、最終的に海洋から大気に放出される炭素の量が増加します。
「このフィードバックの影響を分離することで、海洋循環と大気中の炭素レベルの間に根本的に異なる関係があり、それが気候に影響を与えることがわかります」と、MIT地球大気惑星科学部の研究者で研究著者のジョナサン・ローダーデール氏は言う。「海洋で起こっていると私たちが考えていたことは完全に覆されました。」
ローダーデール氏は、この研究結果は「将来の循環の変化に応じて海洋が深海に炭素を貯蔵するとは期待できない」ことを示していると述べている。「気候変動を緩和するための時間を稼ぐために、こうした自然のプロセスに頼るのではなく、今すぐ排出量を削減するよう積極的に取り組む必要がある」
彼の研究 今日登場 ジャーナルで ネイチャーコミュニケーションズ。
ボックスフロー
2020年、ローダーデールは 勉強 この研究では、海洋の栄養分、海洋生物、鉄について調査し、それらの相互作用が世界中の植物プランクトンの成長にどのように影響するかを調べました。植物プランクトンは、海洋表面に生息する微小な植物のような生物で、深海から湧き上がる炭素や栄養分、砂漠の塵から漂ってくる鉄を餌としています。
成長できる植物プランクトンが多くなればなるほど、光合成によって大気から吸収できる二酸化炭素の量も増え、これが海洋の炭素隔離能力に大きな役割を果たします。
2020年の研究のために、研究チームは、海洋のさまざまな部分の状況を、それぞれ栄養素、鉄、リガンド（植物プランクトンの副産物であると考えられる有機分子）のバランスが異なる一般的なボックスとして表す、シンプルな「ボックス」モデルを開発した。研究チームは、ボックス間の一般的な流れをモデル化し、海のより大規模な循環、つまり世界のさまざまな場所で海水が沈み、その後再び表面に浮かび上がる様子を表現した。
このモデリングにより、科学者が海に余分な鉄を「撒いた」としても、その鉄は地球全体の植物プランクトンの成長にそれほど影響を及ぼさないことが明らかになりました。その理由は、リガンドによって設定された制限によるものです。鉄は、そのまま放置すると海に溶けず、植物プランクトンが利用できないことが判明しました。鉄は、リガンドと結合した場合にのみ「有用な」レベルで溶解し、プランクトンが消費できる形を保ちます。ローダーデールは、ある海域に鉄を追加して追加の栄養素を消費させると、他の海域から植物プランクトンの成長に必要な栄養素が奪われることを発見しました。これにより、リガンドの生成と元の海域への鉄の供給が減少し、大気から吸収される余分な炭素の量が制限されます。
予期せぬ切り替え
研究チームが研究結果を発表すると、ローダーデール氏はボックスモデルを、海洋と大気の炭素交換を含めて一般に公開できる形に仕上げ、太平洋、北大西洋、南極海に似た条件など、より多様な環境を表現できるようにボックスを拡張しました。その過程で、彼はモデル内の他の相互作用、たとえば変化する海洋循環の影響をテストしました。
彼は、海洋循環が弱まると大気中の二酸化炭素が減少すると予想し、循環の強さを変えてモデルを実行した。これは、1980年代に遡る過去の研究で裏付けられている関係である。しかし、彼が発見したのは、明らかに逆の傾向だった。海洋循環が弱まると、二酸化炭素は増加する。2 大気中に蓄積されます。
「何かの間違いだと思った」とローダーデールは回想する。「なぜ大気中の炭素濃度は間違った方向に動いているのか？」
モデルをチェックしたところ、海洋リガンドを表すパラメータが変数として「オン」のままになっていることがわかった。つまり、モデルはリガンド濃度を海洋地域ごとに変化させて計算していたのだ。
ローダーデールは直感でこのパラメータを「オフ」にした。これにより、モデル化されたすべての海洋環境でリガンド濃度が一定に設定された。これは多くの海洋モデルが通常行う仮定である。この 1 つの変更によって傾向が逆転し、想定された関係に戻った。循環が弱まると、大気中の二酸化炭素が減少する。しかし、どちらの傾向が真実に近いのだろうか。
ローダーデール氏は、海洋リガンドに関する入手可能なわずかなデータを調べ、実際の海洋ではリガンドの濃度が一定か変動するかを調べた。彼は、世界中の海洋の微量元素と同位体の測定を調整する国際研究であるGEOTRACESでその確証を得た。科学者はこれを使って地域ごとの濃度を比較できる。確かに、分子の濃度は変動した。リガンドの濃度が地域ごとに変わるのであれば、彼の驚くべき新しい結果は実際の海洋を反映したものである可能性が高い。循環が弱まると、大気中の二酸化炭素が増える。
「この奇妙なトリックがすべてを変えたのです」とローダーデールは言う。「リガンドスイッチは、海洋循環と大気中のCOとの間に全く異なる関係があることを明らかにしました。2 私たちはそれをかなりよく理解していると思っていました。」
スローサイクル
この逆転した傾向を説明するものは何なのかを探るため、ローダーデール氏は、さまざまな循環強度における海洋モデルから生物活動と炭素、栄養素、鉄、リガンドの濃度を分析し、さまざまなボックスでリガンドが変化するシナリオと一定であるシナリオを比較した。
これにより、新たなフィードバックが明らかになりました。海洋循環が弱まると、深海から引き上げられる炭素と栄養素が少なくなります。その結果、表面の植物プランクトンが成長するための資源が少なくなり、副産物（リガンドを含む）の生成も少なくなります。利用できるリガンドが減ると、利用できる表面の鉄も減り、植物プランクトンの個体数がさらに減少します。すると、大気から二酸化炭素を吸収し、深海から湧き上がる炭素を消費できる植物プランクトンも少なくなります。
「私の研究は、海洋生物学が気候にどのような影響を与えるかをもっと注意深く見る必要があることを示しています」とローダーデールは指摘する。「一部の気候モデルは、特に南極周辺の氷床の融解により海洋循環が30パーセント減速すると予測しています。この循環の大幅な減速は、実際には大きな問題となる可能性があります。他の多くの気候問題に加えて、海洋が吸収する人為的CO2 大気から排出される二酸化炭素は、深海からの炭素の放出によって増幅され、大気中のCOの予想外の増加につながる可能性がある。2 そして予想外のさらなる気候温暖化。」
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