中国の科学者らが主導した研究は最近、海洋硫酸塩濃度の微妙な変化がメタンの消費方法を変え、地球の気候を調節する「化学スイッチ」のように作用する可能性があることを明らかにし、5600万年前に北極海がどのようにして地球温暖化を増幅させたかを説明している。
中国科学院広州地球化学研究所の研究者、張一格氏率いるチームは、その国際協力チームとともに、この研究結果を国際学術誌ネイチャー・ジオサイエンスに9月23日に発表した。
この研究によると、5,600万年前の極度の高温現象、すなわち暁新世から新世にかけての極大期（PETM）の際、海水の硫酸塩濃度が重要な「化学スイッチ」となり、メタン酸化経路を制御したという。
PETMイベント中に地球は極度の地球温暖化と海洋酸性化を経験しました。
PETM は、現在の気候変動と多くの類似点があるため、長い間科学的な注目を集めてきました。しかし、その背後にある炭素循環のメカニズムは未解決の謎のままです。
広東省の省都、広州の張氏は、「硫酸塩の深刻な不足により、燃料不足と同様に『発電所』は適切に機能できず、メタンは海水に入るしかない」と述べた。
「この時点で、別の種類の酸素を好む細菌がメタンを『急速に酸化』し始める。高温燃焼で大量の排気ガスが放出されるのと同じように、細菌は酸素を直接消費して急速に二酸化炭素を放出する」と張氏は述べた。
現代の海洋では、メタンの約 90% が嫌気性条件下で堆積物中の微生物によって利用されています。
このプロセスは「ゆっくり燃焼する発電所」のようなもので、硫酸塩を「燃料」として使用してメタンを効率的にエネルギーに変換しながら、海洋酸性化を緩和するアルカリ性物質を生成するという。
しかし、PETM 期の北極海水中の硫酸塩濃度は、現代の海洋の 3 分の 1 以下でした。
研究チームは、特別な分子トレーサーである化合物ホップ-17(21)-エンとその炭素同位体組成を検出することにより、5,600万年前のメタン酸化プロセスの「再構築」に成功した。
研究によると、分子トレーサーは古代の細菌が残した「身分証明書」のようなもので、PETM現象の後期段階で「急速燃焼」を行うメタン分解細菌の活動がピークに達するまで大幅に増加したことを示しているという。
この論文の筆頭著者である韓国のキム・ボムス氏は、「これらの『身分証明書』を読み取ることで、当時どの種類の微生物が活動していたのか、『ゆっくり燃焼する発電機』なのか『高速燃焼装置』なのか、そしてその活動の激しさはどれくらいだったのかを正確に判断できる」と述べた。
海洋植物プランクトンの分子トレーサーから再構成されたCO2濃度は、PETMの回収段階で北極海のCO2レベルが世界平均より200～700ppm高かったことを示しており、北極海がもともと二酸化炭素を吸収する「スポンジ」から二酸化炭素を排出する「煙突」に変化したことを示している。
「海水の新鮮化と硫酸塩の減少により、メタンは『高速燃焼』法でしか分解できず、大量の二酸化炭素が直接生成される」と研究論文の共著者である研究者の沈家恒氏は述べた。
「これにより、地球規模の炭素循環における北極の役割が根本的に変わり、北極が温室効果ガスの排出源に変わってしまった」と彼女は述べた。
Zhang Yige氏は、今回の研究により、地殻変動、岩石の形成、大陸の風化、火山の噴火などの地質活動が海洋の硫酸塩含有量に直接影響を及ぼし、それがメタンの分解方法を決定することがさらに明らかになったと述べた。
数億年前の中生代（恐竜の時代）から数千万年前の新生代初期までの古代の海洋では、硫酸塩含有量が長期間にわたって低いままであり、その特徴が地球規模の炭素循環と気候に大きな影響を与えた可能性があります。
「これは地球のシステムプロセスが海洋の『燃料供給システム』を制御するようなもので、ひいてはメタンエネルギーの利用方法や気候システム全体に影響を与える」と張氏は強調した。
現在の北極海が急速に温暖化して新鮮になるにつれて、同様のメタン酸化メカニズムが再び活性化する可能性があります。
この研究は、北極海水の塩分濃度が低下し、その化学的環境が変化すると、5,600万年前のシナリオが繰り返される可能性があり、メタンが効率的な利用から急速な放出に移行する可能性があり、この地域の変化には細心の注意が必要であることを思い出させます。
#5600万年前北極海が地球温暖化を増幅させたと研究結果が発表