永久凍土を研究したいですか？消えてしまう前に手に入れましょう

2020年5月2日午前8時

アラスカの凍土は、古代の骨や細菌の標本を保存するための冷凍庫であり、炭素も隔離しています。しかし、気候変動によってその崩壊が進んでいます。

このストーリーはもともと Undark に掲載されたもので、 Climate Deskのコラボレーションの一部です 。

フォックス永久凍土トンネルに入るには、ヘルメットをかぶり、丘の斜面を歩かなければなりません。地球の極北の緯度の大部分を覆う土と氷の混合物について、直接科学的に研究するために作られた世界でも数少ない場所の一つです。この丘は、アラスカ州フォックスの田園地帯、フェアバンクスの北16マイルに位置しています。入り口は金属製の壁で、まるで部分的に解体されたクォンセット小屋、あるいは拡大されたホビットの隠れ家のような雰囲気です。丘の頂上は、細い白樺とクロトウヒの絡み合った木々で飾られ、入り口の外では巨大な冷蔵装置がジェットエンジンのような轟音を立てています。トンネル内のものが変形したり解凍したりするのを防ぐためです。

9月の穏やかで湿ったある日、研究化学者のトーマス・ダグラス氏が訪問者をトンネルの扉に案内した。ダグラス氏は、アメリカ陸軍工兵隊の寒冷地研究工学研究所（CRREL）というプロジェクトに携わっており、雪解け水モデルの作成や湿地植物の目録作成からステルス機の研究まで、あらゆる分野に関わっている。しかし、ダグラス氏自身の研究は永久凍土の様々な側面に焦点を当てており、時折、ここでツアーを案内している。

永久凍土トンネルの内部は、外観よりもさらに奇妙だ。細かく砕けたココア色の塵が厚く積もった床を、金属製の遊歩道が横切っている。頭上には蛍光灯と電線がぶら下がっている。壁には氷とシルトの石積みに絡みついた根が埋め込まれており、そこには古いバクテリアや、腐ることなく残った植物や動物の組織片が大量に含まれていた。そのため、トンネル内は独特の悪臭を放っている。まるで悪臭を放つチーズ（スティルトンチーズやリンブルガーチーズを想像してみてほしい）のようでありながら、土臭さ、汗をかいた靴下や馬糞のような匂いもする。

薄手のジャケットを着たスリムなダグラスは、愛想の良い半笑いを浮かべながら遊歩道をぶらぶらと歩き、博物館のガイドや山岳ガイドのように軽妙で情熱的な口調で周囲の様子を解説する。「この部分のトンネルは約1万8000年前のものです。炭素14年代測定も行いました。ここは骨が豊富な場所なんです」と彼は言う。彼はシルトの中にあるホリネズミの穴らしきものを指さした。科学チームが掘削したコアの跡だ。約1万年前、最終氷期の終わりに絶滅した北極圏の大型有蹄類、ステップバイソンの骨が、硬い泥炭の中に埋まっている。もう少し進むと、マンモスの骨もあった。私たちは地下に足を踏み入れ、タイムスリップしたのだ。

土壁は泥のように柔らかそうに見えるが、長い金属製の懐中電灯の先を壁の一つに叩きつけると、カチャカチャという音がした。「岩のように硬いのが分かりますね」と彼は言った。

永久凍土は、地球の氷河期に生じた奇妙な現象のひとつだ。抽象的には、2年以上凍ったままの地球上の物質といった単純な物質のように聞こえる。しかし実際には、形を変える物質であり、チベット高原からシベリア、北極圏および亜北極圏の北米の一部に至るまで、北半球の陸地の約24%を占めている。現在、こうした地域の多くが不安定で脆弱になりつつある。永久凍土は岩盤のように硬いが、氷やシルトを豊富に含んだ状態で解凍されると、接着剤やチョコレートミルク、湿ったセメントのような物質に変化する。凍結状態では、物質を何千年も貯蔵し、腐敗させることができない。バクテリアを一種の冷凍睡眠状態にして、何千年も生き続けることもできる。

永久凍土に関する科学的研究の多くは、上空または遠隔探査機器やコンピュータモデルを介して、あるいは古い鉱山のトンネルや川の断崖が崩れて数千年前の氷が露出した場所での偶然の発見を通じて行われてきた。ときには、手作業でサンプルを採取し、地面深くに穴を掘るという骨の折れる作業を経て行われることもある。「実際、ほとんどの人は地表から永久凍土を研究していて、その下がどのような様子なのかを想像しているのです」と、湖や湿地からの炭素排出を研究している米国地質調査所の生態学者キンバリー・ウィックランド氏は語る。フォックス・トンネルは、永久凍土の科学的研究専用の地下施設で、訪問者が実際に凍った大地の中を歩き回ることができるわずか2つの施設のうちの1つだ（もう1つはシベリアにある）。ウィックランド氏が2001年に初めてトンネルに入ったとき、それはまるで啓示のようだった、永久凍土とは何であるかを真に理解した瞬間だったと彼女は言う。

ここでは、ウィックランド氏のような人々が、ダグラス氏や彼の同僚、そして世界中の研究者と共同研究を行っています。彼らは共同で、宇宙探査における地中レーダーの有用性（このトンネルは火星の類似点と考えられています）から、絶滅前のこれらの生物の移動習性について示唆を与える可能性のあるステップバイソンの骨に含まれる同位体まで、あらゆる研究を行ってきました。ここでは、凍土を3次元で観察し、1万8000年から4万3000年前の標本を研究のために容易に回収することができます。永久凍土がどれほど複雑で、どれだけの部分が未だに隠されており、科学者がまだどれだけのことを学ばなければならないかを把握することができます。地球の歴史に関する膨大な情報を潜在的に保有しており、それを研究・解読し、その消失が地球の未来にどのような影響を与えるかを検証することができます。

実際、永久凍土は近年、世界的な文脈で議論されることが多く、ますます警戒の対象となっています。12月、アメリカ海洋大気庁（NOAA）は、かつて炭素を捕捉・貯蔵していた世界の永久凍土が崩壊し、はるか昔に封じ込めていたものを解き放っていることを明らかにしました。一部の科学者は、永久凍土の融解によって現代社会に全く馴染みのない微生物が解放されるのではないかと懸念しています（新型コロナウイルス感染症のパンデミックによる被害を考えると、この脅威の重要性はさらに深刻に思えます）。一方、NOAAの分析によると、地球上で解けつつある永久凍土は、すでに年間3億～6億トンもの地球温暖化を引き起こす炭素を大気中に放出しており、これはフランスやカナダの無数の産業活動や輸送活動による排出量とほぼ同量です。この発見は警告信号であり、北極圏の自然プロセスが気候変動の影響をさらに悪化させるフィードバックループの始まりである可能性があります。

気候変動によってアラスカ全土の土壌温度も上昇しているため、フォックス・トンネルはおそらくこの地域で最も保護され、最も冷たい永久凍土の一部を抱えていると考えられます。それがいつまで続くかは予測が難しいです。トンネルを訪れる人は、地球の永久凍土が崩壊するにつれ、生物学的、生態学的、そして科学的に、最終的にどれほどのものが失われるのか、思わずにはいられません。

かつて永久凍土は主に技術者の懸念事項であり、しばしば厄介な存在でした。20世紀初頭のフェアバンクス周辺では、永久凍土は探鉱者とその下にある金鉱石の間に立ちはだかる障害でした。そのため、鉱夫たちはスチームポイントと呼ばれる装置を使って永久凍土を爆破したり解凍したりして、凍土を泥に変え、それを運び出して金鉱石を掘り出していました。（現在フォックストンネルがある丘の前方の新しい部分は、金鉱夫たちによって浚渫され、運び出されたものです。そのため、トンネルには主に古代の永久凍土が残っています。）

他の地域では、永久凍土が建設上の問題となっていました。1942年、アメリカ陸軍工兵隊が1万人以上の兵士と民間人を派遣し、アラスカ東部からカナダまでアラスカハイウェイを建設した際、技術者たちは永久凍土の上に直接建物を建てるには凍土が解けてしまうことを知りました。これは、機材が故障したり、トラックが固い泥にはまってしまうという厳しい教訓となりました。工兵隊が発行した歴史書によると、この建設上の課題は、後にCRRELの設立につながる「寒冷地研究要件」の特定に役立ちました。

冷戦期になって初めて、凍土は潜在的な資産、そして科学的調査に値するものとして捉えられるようになりました。国防総省は、氷に覆われた地形が軍事基地や軍事作戦のための安全な場所となり得るかどうかを検証しようとしました。1959年と1960年、米軍はグリーンランドにキャンプ・センチュリーと呼ばれる、事実上の雪下都市を建設しました。そこには実験室、寮、体育館、理髪店、そして暖房と電力を供給する原子炉が備えられていました。ここで彼らは雪の性質を研究し、グリーンランド氷床の底まで初めて掘削を行いました。このキャンプは「アイスワーム計画」の拠点となることも計画されていました。これは、氷床内に数千マイルに及ぶトンネルを建設し、弾道ミサイルや核弾頭を保管する計画でした。しかし数年後、グリーンランドの氷河はあまりにも大きく不安定で、そのようなネットワークを支えることができないことが明らかになり、計画は中止されました。キャンプは1966年に放棄されました。

フォックス永久凍土トンネルの目的は、もっと控えめなものでした。1963年に最初に掘削された当時は、凍土が適切なバンカーや小規模な軍事貯蔵施設として機能し得るかどうかを試験するために設計されたに過ぎませんでした。永久凍土は天然の衝撃吸収性を備えており、理論的には砲撃や爆撃にも耐えられるはずでした。トンネルの初期の建設者であり管理人の一人であるCRREL実験工学部門の地質学者、ジョージ・スウィンゾウは、「パーマクリート」と呼ばれる独自の人工永久凍土の生成も試みていました。彼はこのパーマクリートを用いて、グリーンランドのキャンプ・トゥート付近で新たに掘削された別のトンネル内で、柱、レンガ、その他の地下支柱や石積みを建設しました。（スウィンゾウは後に、『冬季戦闘論』と題する大著も執筆し、寒冷地での戦闘における技術的問題を論じています。）

1968年と1969年、米国鉱山局はこのトンネルを借り受け、ウィンズと呼ばれる緩やかな傾斜の側溝で発破と掘削技術の試験を行いました。トンネルの先端は、不均一なV字型をしていました。その後20年間、ここで行われた研究は主に工学、つまり永久凍土を生物学的なものではなく物理的なものとして捉え、建物やパイプラインの建設に影響を与える基盤として捉えることに重点が置かれました。エンジニアたちはすぐに、永久凍土が華氏約30度（摂氏-1度）に近づくと反り返り、曲がることを発見しました。そこでCRRELは、入口に最初の冷蔵ユニットと、冷気を土の通路を通して送り返すためのファン一式を設置しました。現在、このチラーによって施設内の温度は約25度に保たれています。

ウィンズを曲がると遊歩道は終わり、ダグラスは訪問者に「優雅に歩く」か「忍者のように歩く」ように指示します。トンネルの天井が低くなると、彼は訪問者に黄土とも呼ばれる土埃を巻き上げないように懇願します。黄土は、何マイルも風に運ばれこの丘に集まったデリケートな土の一種です。トンネルが最初に掘られたときは、氷が黄土をその場に留めていました。しかし、極寒の空気にさらされると、氷は昇華と呼ばれるプロセスで直接水蒸気に変わります。氷が去るとき、土埃の粒子が床に放出されました。フェアバンクスの古生物学者が時々行うように、土埃を掘り起こすと、ジリスの骨、まだ緑がかった数千年前の葉、古代の種子や果実、そして窓辺で最近死んだように見える甲虫の甲羅を見つけることができます。

2000年代初頭までには、トンネルの埃っぽい表面は、冷たい土と永久凍土の層を持つ火星とよく似ているようにも見えてきた。研究者たちは、火星の水や氷、さらには地球外生命を探す新しい方法を見つけるために、試作型の探査車をトンネル内に走らせ、地中レーダーを使用し始めた。同じ頃、NASAは、氷に生息する微生物が他の惑星の生命の形態や機能の手がかりを持っているかどうかに興味を持ち始めた。1999年と2000年に、NASAの宇宙生物学者リチャード・フーバーは、永久凍土トンネルの3万2000年前の部分に凍りついたバクテリアのものと思われる微細な糸状のものを採取した。2005年に、彼はそれらのサンプルから得た発見を発表した。古代の氷の中でまだ生きていることが発見された最初の種、カルノバクテリウム・プレイストセニウムと呼ばれる極限環境細菌である。

この発見は永久凍土に関する新たな理解をもたらした。極限の地にも生命が存在するという証拠だった。しかし、より不吉なことに、地球全体で起こっている凍土の融解が、生態系のプロセスと長らく休眠していた生物の両方を目覚めさせる可能性があり、そのすべてが無害であるとは限らないことを示唆していた。

ウィンズから出ると、永久凍土トンネルは天井の高いギャラリーへと続いています。水氷の模様はどれも抽象彫刻のように美しいものです。ここはトンネルの新しい部分で、2011年から2018年にかけて掘削された部分です。ここでの掘削により、「アイスウェッジ」と呼ばれる巨大な氷と土の断面が露出しました。中には幅15フィート（約4.5メートル）にも及ぶものもあります。（珍しいことに、CRRELの研究者数名がトンネルのこの部分を自ら掘り、重機を地中に打ち込みました。ダグラス氏は関わっていませんが、アラスカ大学フェアバンクス校に勤務する雪研究者のマシュー・スターム氏は、小型ブルドーザーのようなスキッドステアを運転した様子を語り、研究エンジニアは掘削機に取り付けられたロータリーカッターと呼ばれる装置を操作しました。）

氷の楔は、永久凍土のシルト質部分の亀裂に水が滴り落ちることで形成される巨大な槍です。毎年夏になると、新しい氷が水が浸透できる隙間を削り出すため、氷の楔はより多くの氷を集め、時間とともに拡大します。ここでは、暗く光沢のある大理石のような形で壁一面に広がっています。「この形は奇妙だと思いませんか？まるでダヴィンチのスケッチを思い起こさせます」とダグラスは叫びます。「鷲のように見えませんか？人間が鷲になるように見えますか？」彼は不思議なことに人物に似た氷のシートの前で立ち止まりました。尖った耳の頭、ガラスのような体の上に翼のように広げられた腕、そして木の根のような形の足。この形成は偶然で、約2万5000年前にこの場所に凍りついたものですが、このような幻想的な形状は数多くあります。鷲男から数フィート離れたところに、ジオラマのような水平の氷の筒があり、草の小片や根、気泡が浮かんでいます。この植物は鷲男と同じくらいの年齢ですが、まるで誰かが昨日摘んでガラスケースに入れたかのようです。

イーグルマンと、このギャラリーにあるすべての氷層は、楔形の断片です。毛細管現象によって、水は土壌中にレンズ状や塊状に集まります。中には巨大なものもあれば、微細なままのものもあります。これらの氷片のほとんどは約99%が凍った水で、少量のシルトが混ざっています。しかし、永久凍土に含まれる塩分が氷の縁を舐め、凍っていない塊を形成することがあります。ここ、いわゆる「塩水路」には、他の微生物が生息しています。今日、これらの微生物は、トンネル内、そして世界の他の永久凍土研究において、ますます活発な研究対象となっていますが、それには十分な理由があります。

永久凍土に生息する微生物は、一般に小さなアンデッドモンスター、つまり目覚めてパンデミックを引き起こすスーパーバグのような存在としてイメージされている。2016年、シベリアのヤマル半島で75年ぶりの炭疽菌の流行が発生した。これはおそらく、熱波によって永久凍土が解け、はるか昔に死んだトナカイの死骸から炭疽菌の胞子が放出されたことが原因と考えられる。少なくとも20人が感染し、12歳の少年1人が死亡した。こうしたリスクは科学者たちに強い懸念を抱かせ、11月には国際的な研究グループがドイツのハノーバーに集まり、議論を交わした。

そして、微生物は大気の運命を形作る上で、さらに不穏な役割を果たしている可能性がある。永久凍土の炭素がどれだけ大気中に放出され、どれだけが再び土に蓄えられるかを決定するのは、まさに微生物なのだ。2013年、ウィックランドと共同研究者グループは、最近の発掘調査で壁から削り取られた3万5000年前の永久凍土の破片を集めるために、トンネルを訪れた。彼らはこれらの削りくずをドライアイスを詰めた複数のクーラーボックスに集め、コロラド州の研究所へと飛行機で持ち帰った。彼らはサンプルを水に浮かべ、お茶のように濾して、水から浸出する二酸化炭素の量を測定した。

解凍され、目覚めたお茶の中の細菌は、サンプル中の有機炭素を分解し始めました。そして1週間も経たないうちに、その約半分が二酸化炭素として大気中に放出されました。これは憂慮すべき発見でした。科学者たちは、永久凍土の解凍が地球の気候にどれほどの速さで、あるいは徐々に影響を与えるかについて、長年議論してきました。しかし、今回の研究は、古代の土壌の温暖化が短期間で大気中に大量の排出を引き起こす可能性があることを示唆しており、この物質を警戒すべき理由がまた一つ増えました。

しかし、新たに目覚めた微生物群集に新たな価値を見出そうとしている科学者もいる。リチャード・フーバーの研究を継承しつつも、より強力なDNA分析を用いて、氷の中に生きた微生物を探し、惑星間生命に関する知見をもたらす可能性を秘めている科学者もいる。ニューハンプシャー州にあるCRREL研究所の土壌微生物学者、ロビン・バルバート氏も、バイオプロスペクティング（生物探査）のためにトンネルからサンプルを採取する計画だ。バイオプロスペクティングとは、超低温接着剤、バイオレンガ、持続可能な道路資材、不凍液などの設計に役立つ可能性のある微生物の探索を指す用語だ。「極北と極南は、いわば新しいアマゾンのようなものだと考えています。そこには、これほど多様な生物が存在します」とバルバート氏は言う。「私たちは、より持続可能なものにするために応用できる、興味深く有用なプロセスに出会うことができるかもしれません。」

過去 27 年間で少なくとも 3回、工学上のトラブルと春と夏の豪雨が重なって洪水が発生し、トンネルは危険にさらされた。1993 年には、洪水が古いトンネルの裏手に集まり、天井を歪ませ、大きな沈泥の塊を崩した。2014 年には近くの丘の斜面からトンネルに水が流れ込み、内部に凍った水たまりができた。2016 年には、「トンネルを失うところだった」とスターム氏は振り返る。雨によって上部の排水路が変わり、トンネルに隣接する氷のくさびに水が浸入した。「何とかできる頃には、家ほどの大きさの氷のくさびが浸食されていました」。洪水の主な流れは最終的にトンネルから排水されたが、この危機一髪の出来事が CRREL の職員に大惨事の危険性を思い起こさせた。トンネル内には、さまざまな洪水でできた氷の塊が今も残っている。

「私にとって、それがトンネルから学んだ最も重要なことの一つです」とスタームは言う。永久凍土が崩壊または浸食されると、後に残る景観はサーモカルストと呼ばれる。この言葉は石灰岩カルストを連想させる。石灰岩カルストは、溶解と浸食によって形成された洞窟、岩のプール、泉、小川に満ちたスイスチーズのような地下地形の一種である。しかし、サーモカルストは石灰岩カルストよりもはるかに不安定だ。数年のうちに、永久凍土の融解によってできた水たまりは湖に変わり、その後、渓谷に崩壊する可能性がある。永久凍土は暖かい気温だけでは崩壊しない。水が破壊的な役割を果たす。近年、アラスカとシベリアでは火災も猛威を振るっている。トンネル内の2番目の入り口付近の壁には、おそらく火事でできた炭の線である細い黒い帯がある。人新世の気候では、炎がトンネル上部の丘の斜面を露出させた場合、熱が内部の氷に放射され、氷の溶解を助ける可能性があります。

ダグラスはグループをこの 2 番目のドアの外に導き、また別の大きな冷却ファンを通り過ぎ、湿った空気と日光の中に出た。彼は丘を登り、事実上トンネルの屋根に出て、その背後の森に入り、フェンスの後ろにある古い歩道をたどり、矮性樺、ヤナギ、クロトウヒ、香りのよいラブラドール茶の木立を抜けた。それは、崩壊する永久凍土と、もう一つの活発な研究領域を映し出す光景だった。CRREL の研究者たちは、森林全体の降雪量と融雪量を追跡するために、さまざまな測定器とカメラを設置している。彼のツアーでは、陥没して冠水した地面がいくつかあり、その後、トウヒの木がまるでお辞儀をしているかのように曲がっている長い峡谷を横切った。茶色の水が中央を滴り落ちている。これは、崩壊した氷のくさびの上部である。

「あの氷の塊がどこまで溶けているのか、誰にも分からない」とダグラスは言う。「地下は安定していないような気がする」

その崩壊感は、ここをはるかに超えて広がっている。フェアバンクスの2019年通年の平均気温は32.6度、すなわち氷点をわずかに上回る気温であり、永久凍土は今後何年もこのような状態を保つことはできない。トンネル内にあるものは、ますます捕らわれた希少な動物、間もなく失われるかもしれない地球上の生物のように見える。気候変動の時代に、フォックス・トンネルは、その喪失とその連鎖的影響を大規模に評価するためのプロジェクトとなる。「いつかフェアバンクス地域で唯一の永久凍土を持つことになる、と冗談を言うこともあります」とダグラスは言う。今年、彼と同僚は、トンネルの寿命を延ばすために、チラーに電力を供給するためにソーラーパネルを使用するなど、他の方法を実験する予定だ。彼らは今冬に開始した拡張プロジェクトを2021年末までに完了させ、トンネルの大きさを倍増させる予定だ。これにより、永久凍土を上（レーダー）と下（人間の目）のさまざまな角度から観察できるようになり、大規模に凍土をスキャンする手段が開発される。

本質的には、地球の大部分の再構築を研究し、視覚化する取り組みです。

ダグラス氏は、今後80年、つまりたった一度の人生で、アラスカの表層近くの永久凍土の大部分が崩壊すると説明する。「それは水文学、植生、積雪、春の雪解けの時期、熱交換、動物の生息地を根本的に変化させ、景観をほぼ完全に変えてしまうでしょう」。フォックス研究所の今後の課題は、この喪失がもたらす計り知れない影響を理解することだとダグラス氏は付け加える。アラスカと極北の地域全体が「根本的に異なる場所になるだろう」と彼は言う。

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