緑化が進む北極の美しくも不安な写真

北極圏は緑が濃くなりつつあり、その美しさは想像通りです。広大な沿岸地帯がコバルトブルーの海を背景に輝いています。しかし、この緑は実は警鐘を鳴らしています。この地域は地球​​の他の地域の2倍の速さで温暖化しており、植生はますます豊かになっています。北極圏の景観は劇的な変化を遂げており、北極圏だけでなく、世界全体に影響を及ぼす可能性があります。

ある研究グループは、その変化を微細なスケールで理解しようと、数年にわたって探求を続けてきました。彼らは衛星データ、クワッドコプターによる測定、そして昔ながらの極寒の地でのフィールドワークを組み合わせています。植物の葉を一つ一つ計測し、毎年どれだけ成長しているかを判断するといった作業です。「個々の植物が繰り広げるこうした小さなドラマがスケールアップし、それが景観にどの植物が存在するかに影響を与えているのです」と、デンマークのオーフス大学の生態学者で、研究チームの新論文の共著者であるジェフリー・カービーは述べています。「そして、それが広大な地域に広がると、炭素循環に非常に重大な影響を及ぼす可能性があります。」

世界の土壌に蓄えられている炭素の約3分の1は、北極圏の永久凍土、つまり凍った土壌に存在しているからです。その土壌には主にイネ科植物や低木が生育しており、膝の高さ以上に成長するものはありません。しかし、科学者たちは、北極圏の温暖化に伴い、雪が解けてから再び雪が積もるまでの期間が長くなり、植物の緑化が早まっていることを発見しました。中には、背丈が伸びている植物もあります。

通常、ツンドラの低木や草は冬の間、雪を閉じ込め、雪が吹き飛ばされるのを防ぎます。しかし気温が上昇するにつれて、背の高い低木の種類が増え、より厚い雪の層を閉じ込めるようになります。雪が永久凍土の温度上昇を防いでくれるので、一見素晴らしいことのように思えますが、実際には、冬の寒気が土壌に浸透して凍りつくのを妨げているのです。そして、これは問題です。永久凍土が凍りつくほど冷えなければ（つまり、永久に凍りつくほど冷えなければ）、閉じ込められていた二酸化炭素とメタン、つまり非常に強力な温室効果ガスが放出され始めるからです。

「場合によっては、低木は草よりも色が濃いため、アルベドが変わります」とカービー氏は述べ、地形が光を宇宙に反射する仕組みについて言及した。白い雪は光を反射し、より暗い露出した地面や緑の植物は光を吸収する。「夏の日に黒いTシャツを着るのと白いTシャツを着るのとでは、暑く感じるだけです。黒い方がより多くの熱を吸収するからです」とカービー氏は続ける。「そのため、雪が早く溶けたり、永久凍土が早く解けたりするのです。」

北極の炭素循環をさらに複雑にしているのは、当然のことながら、植物が炭素を隔離していることだ。植物は二酸化炭素を吸収し_、酸素を吐き出す。「ですから、大きな疑問の一つは、この緑化シグナル、つまり植物の増加が、永久凍土の融解に伴うシステムからの炭素損失を相殺できるかどうかです」と、研究を監督し、論文の共著者でもあるエディンバラ大学の生態学者、イスラ・マイヤーズ＝スミス氏は述べている。

研究チームは、高性能ドローンを用いて、この疑問をはじめとする数々の疑問に答えようとしています。北極圏の植生に衛星を向けられることは、広大な地域のデータ収集には最適ですが、解像度は通常それほど高くありません。運が良ければ30メートル程度ですが、通常は250メートル程度です。これは、微生物学者が虫眼鏡を使ってしか細菌を観察できないようなものです。DJI Phantomのような市販のクワッドコプターを使えば、研究チームは1ヘクタールの北極圏の植生を飛行し、細部までスキャンすることができます。いわば、彼らは顕微鏡を手に入れたと言えるでしょう。

これらのドローンには、私たちが目にする可視光ではなく、近赤外線を捉えるカメラが搭載されています。「葉が近赤外線、そして赤色光を反射する方法は、葉に含まれるクロロフィルの含有量と、葉の細胞層の構造の両方に依存しています」と、この研究を主導し、論文の共著者でもあるオーフス大学の生態学者ヤコブ・アスマン氏は述べています。「人々はこれを用いて、植物の生産性、つまり光合成活動の量を推定してきました。」光合成活動は、北極圏の成長と緑化の程度を示す指標です。

このデータは、従来のカメラを植物に向け、その緑色の度合いを判断するだけのものよりもはるかに豊富で信頼性が高い。なぜなら、圃場では照明が劇的に変化する可能性があるからだ。赤色光と近赤外線の比率を見ることで、研究チームは北極圏の温暖化に伴う植物の生産性の変化をより正確に示すことができる。

これらのドローンこそが、地域の変化を完全に把握するためにチームが必要としていたものです。衛星データがもはや役に立たなくなったわけではありません。実際、ドローンによる調査と地上での植物の測定データを組み合わせることで、景観のより包括的な全体像が得られます。「ドローンで景観全体をカバーすることはできませんが、それでも十分な広さの部分をカバーすることで、衛星データで観測される変化を統計的に関連付け、その意味を解明することができます」とアスマン氏は言います。

研究チームは、この大量の新データを用いて、多くの疑問に答えようと試みています。例えば、植物が一年を通してより早く緑化すると、どのような結果になるのでしょうか？「私たちが抱えている大きな疑問の一つは、これが植物の生育期間が夏の間も長くなることを意味するのか、それとも単に生育時期が早まるだけなのかということです」とマイヤーズ＝スミス氏は言います。これは炭素循環にどのような影響を与えるのでしょうか？北極の緑化が進むことで、閉じ込められていた炭素が放出されるのでしょうか？それとも、同時に新たな植生にさらに多くの炭素が固定されるのでしょうか？そして、これはジャコウウシやカリブーなどの草食動物にどのような影響を与えるのでしょうか？植物群落が変われば、彼らの食性も変化するはずです。

緑化する北極は、美しくも憂慮すべき光景であり、気候変動を大規模に視覚化した作品です。この新作は、微細なクローズアップと上空からの風景の大規模なポートレートを組み合わせた、私たちの最初の作品の一つです。「植物は、一年を通して環境を経験し、それを自らに反映させるので、読むことができる本のようなものです」とカービーは言います。「ですから、気候の変化を知りたいなら、植物を見ればそれを視覚化できるのです。」

更新、2020年11月30日午後1時15分（東部標準時）：この記事は、研究者が近赤外光だけではなく、赤色光と近赤外光の比率に注目していることを明確にするために更新されました。

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