地中海は熱すぎて炭酸塩結晶を形成している

イスラエルの海岸に立って地中海を見渡すと、何千年もの間人類を支えてきた、深く青い穏やかな海が目に飛び込んできます。しかし、その海面下では奇妙な現象が起こっています。成層化と呼ばれる現象が、海が二酸化炭素を処理する方法に悪影響を及ぼしているのです。

地中海のこの部分は、液体でできたケーキのようなものだと考えてみてください。強烈な太陽光が、より冷たい深層水の下に位置する表層の水を熱します。水温が低い外洋では、二酸化炭素_が海水に溶け込みます。これにより、地球の海は人間が大気中に排出する二酸化炭素の4分の1を吸収することができます。しかし、夏に地中海東部が温暖化すると、もはやガスを吸収できなくなり、放出し始めます。

これは二酸化炭素で炭酸化されたソーダのボトルで起こるのと同じ現象です。「普段は冷たいまま保管するので、溶解したガスは溶けたままです」と、ドイツのミュンスター大学の地質学者、オル・ビアリック氏は言います。「しばらく車内に置いておいてから開けようとすると、すべてのガスが一気に噴き出します。なぜなら、温まると液体の二酸化炭素保持能力が_低下するからです。」ドカン、シュワシュワ、大変なことになります。 

東地中海では、この現象は車の内装がベタベタするよりも気候に大きな影響を与えます。海水がもはや保持できない大量の二酸化炭素を噴き出すからです。そしてビアリック氏と彼の同僚たちは、温暖化と成層化が進む海域に_、もう一つの炭素問題が潜んでいることを発見しました。研究チームは最近、堆積物トラップでアラゴナイトの結晶を捕獲しました。アラゴナイトは炭酸カルシウムの一種で、カタツムリなどの海洋生物が殻を作る際に利用します。しかし、ますます温暖化が進む東地中海では、アラゴナイトは非生物的に形成されています。これは、海水が温暖化し、炭素を放出していることを示すもう一つの兆候です。

これらの熱く浅く安定した海水では、湧昇によって冷たい水が湧き上がる海の深い部分とは対照的に、表面の流体はその下の冷たい層とあまり混ざりません。_「条件が非常に厳しいため、これらの水から化学的に炭酸カルシウムを確実に生成できます。これは私たちにとっては衝撃でした」と、Scientific Reports誌に最近掲載されたこの発見に関する論文の共著者であるビアリック氏は言います。(同氏はマルタ大学とハイファ大学に在籍中にこの研究を行いました。)「基本的には、非常に長い間そこに置かれていたビーカーのようなもので、これらの反応を開始してこれらの結晶を生成し始めるには十分な時間です。」

子供の頃に砂糖の結晶でやった実験に似ています。水に砂糖をたっぷり加えて、水が飽和するまで。何も起こりませんが、糸を垂らすと砂糖が沈殿して太い塊になり、糸にくっつきます。同様に、地中海が温暖化して成層化すると、炭酸塩で飽和状態になります。ビアリック氏らは、アラゴナイト反応がどのように始まるのかまだ正確には解明できていませんが、おそらく近くの陸地から吹き飛ばされた塵のような核から始まり、その上にアラゴナイトの層が積み重なって結晶を形成します。砂糖水の中の糸のごく小さなバージョンです。

地中海は世界で最もマイクロプラスチック汚染が深刻な水域の一つであることも特筆に値します。2020年、科学者たちはわずか5センチメートルの厚さの堆積物1平方メートルあたりに200万個の粒子が見つかったと報告しました。水柱に浮遊するマイクロプラスチックの周囲にアラゴナイト結晶が形成されているかどうかは、ビアリック氏には分かりません。「おそらく、核生成中心の周囲に形成される可能性があります」とビアリック氏は言います。「マイクロプラスチックもその一つかもしれません。しかし、科学者がよく言うように、さらなる研究が必要です。」 

しかし、ビアリック氏とその同僚たちが言えるのは、これらの結晶が形成される際に二酸化炭素が放出されるということだ_。ビアリック氏の計算によると、その量は地中海が大気中に放出するガスの約15%に相当するという。

海が温まり、噴出する水と増殖する結晶の両方から二酸化炭素が失われると、酸性度は実際に低下します_。これは、広範囲にわたる海洋酸性化を引き起こしているプロセスとは逆のプロセスです。人間が大気中に排出する_{二酸化炭素}が増えると、海洋はより多くの二酸化炭素を吸収し、その結果生じる化学反応によって酸性度が上昇します。酸性化により、サンゴや巻貝（総称して石灰化生物と呼ばれる）などの生物は、炭酸カルシウムから殻や外骨格を形成することが難しくなります。しかし、地中海が温まり、吸収した炭素を大気中に放出すると、海はよりアルカリ性になり、酸性化は逆転します。

石灰化生物にとっては良いことのはずだが、必ずしもそうではない。「多くの生物は殻を形成できる特定の温度範囲を持っている。暑すぎず、寒すぎずだ」とビアリック氏は言う。そのため、たとえ温暖化によって海の酸性度が低下したとしても、その熱はこれらの生物に別の形でストレスを与える。（極度のレベルのマイクロプラスチックに常にさらされていることによるストレスは言うまでもない。）

アラゴナイト結晶が世界中のより多くの場所で形成されているかどうかは明らかではありません。科学者たちは既に「ホワイティング現象」を認識しています。これは、炭酸カルシウムがより顕著な形で沈殿し、バハマ諸島周辺やペルシャ湾の海水を乳白色に変える現象です。東地中海では、ビアリク氏らが発見したような明らかなホワイティング現象は見られませんでした。彼らは、堆積物トラップ内で偶然この結晶を発見したのです。

「ここは、この研究がうまくいくためには様々な条件が揃わなければならない、やや特殊な場所です」と、スクリップス海洋研究所の海洋化学者アンドリュー・ディクソン氏は語る。ディクソン氏は今回の研究には関わっていない。「そこで問題となるのは、この環境がどの程度まで特別なのか、それともこの海域ではよくあることなのかということです。私には、その点について明確なイメージがありません」

地中海東部の状況は他の多くの場所では再現されていない可能性があるため、ディクソン氏は、これは特に一般的ではないという考えに傾いている。しかしビアリック氏は、どこで発生しているかに関わらず、気候問題を引き起こす可能性があると指摘する。アラゴナイト結晶の形成は、大気中の二酸化炭素を吸収する水の能力を阻害し_、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の濃度を海が下げる効果を阻害する可能性がある。 

「まだこの現象を完全に理解しているとは言えませんし、何がこれを制御しているのか、つまりいつ活性化し、いつ停止するのかも完全に理解しているとは言えません」とビアリック氏は言う。「外洋で、通常の海洋条件下で、これほどの規模でこのようなプロセスが起こるとは、想像もしていませんでした。ですから、この現象について理解すべきことはまだまだたくさんあるのです。」