これはおそらく、気候フィードバックループの中で最もよく知られ、かつ最も懸念される現象です。地球温暖化に伴い、永久凍土（凍った土壌と岩石の地形）が融解し始めます。そして、微生物が有機物を消費し、二酸化炭素とメタンを大気中に放出します。これがさらなる温暖化、さらなる融解、そしてさらなる炭素排出量の増加につながります。
しかし、おそらく皆さんが聞いたことのない、そして国連の気候変動に関する政府間パネルでさえ真剣に検討していない現象があります。それはサーモカルストです。これは、永久凍土が急速に融解するたびに荒廃する土地です。土壌を支えている氷が消失すると、丘陵が崩壊し、巨大な陥没穴が発生します。気候科学者たちは、数十年あるいは数世紀かけて数センチメートルの深さまで変化する永久凍土の緩やかな融解をモデルに組み込んできました。しかし、永久凍土の急激な融解は、数ヶ月あるいは数年かけて数メートルの規模で起こります。これは周囲の地形に衝撃を与え、よりゆっくりと融解した場合よりもさらに多くの炭素を放出する可能性があります。
本日、ネイチャー・ジオサイエンス誌に掲載された論文で、研究者たちは、急激な融解を考慮に入れなければ、永久凍土の融解の影響を50%も過小評価していると主張している。「地形におけるごくわずかな範囲、つまり狭い範囲の急激な融解から放出される炭素量は、気候への影響と永久凍土への炭素フィードバックを2倍にするには十分な量です」と、グエルフ大学とコロラド大学ボルダー校の研究主任著者であるメリット・トゥレツキー氏は述べている。
北部の永久凍土の20%未満が、このような急速な融解の影響を受けます。永久凍土の中には、単に凍った岩石や砂のものもあります。しかし、ここで私たちが懸念している種類の永久凍土は、大量の水を含んでいます。「永久凍土は湖底堆積物や有機質土壌であることが多く、大量の水を保持できる土壌物質です。これらは地形上でスポンジの役割を果たします」とトゥレツキー氏は言います。「融解が起こると、非常にダイナミックで急速な変化が見られます。」
凍った水は液体の水よりも多くの空間を占めるからです。永久凍土が解けると、かなりの体積が失われます。水と泥でできた氷の塊を解凍するのを想像してみてください。トレーを解凍すると、植物は底に沈んで沈殿します。「これらの生態系では、永久凍土に大量の氷が含まれていて、それが解けるとまさにそれが起こります」とトゥレツキー氏は言います。「表面にあったものはすべて底に落ちてしまいます。そのため、陸上には数メートルもの深さの穴が開きます。まるで陸地に陥没穴ができているようなものです。」
「本質的には、私たちは陸地を泥だらけの土に変えているのです」とトゥレツキー氏は付け加えた。
土がスープと化し、地形に傷跡が刻まれ始める。トゥレツキー氏によると、このプロセスは非常に急速かつ激しいため、温度センサーやメタンセンサーを確認するために監視している場所に戻ってみると、それらが消えていることに気づくこともあるという。「戻ってみると、そこは湖のようで、水面には3メートルもの水が溜まっている。おそらく、機器とはお別れを告げなければならないでしょう」と彼女は言う。
これらの土地が解けると、様々なプロセスが起こります。氷が液体の水に変わると、木々は水浸しになり枯死します。そのため、土壌に届く光が増え、解けがさらに加速します。これは、氷が解けても植物群落がほとんど変わらない緩やかな解けとは対照的です。表層の解凍された土壌はどんどん厚くなりますが、壊滅的な崩壊には至りません。
写真：デビッド・オレフェルト
さらに、永久凍土地域というと、特徴のないツンドラ地帯を思い浮かべるかもしれませんが、実際にはそのほとんどは北方林です。これらの北方林では最近、前例のない数の山火事が発生しています。「北方林の多くはますます頻繁に燃えており、生態系が燃えると、永久凍土の融解が加速する可能性があります」と、論文の共著者であるアルバータ大学のデイビッド・オレフェルト氏は述べています。これらの木々による日陰がなければ、土壌はますます激しく温まります。
急激な温暖化も永久凍土からの排出を悪化させる。徐々に解けていくと、温まった土壌の表層が飢えた微生物に開かれ、栄養分を消費して二酸化炭素を排出する。「夏には永久凍土、少なくとも表層は解け、その後亀裂が生じる可能性がある」と、北アリゾナ大学の生物地球化学者で植物生態生理学者のクリスティーナ・シェーデル氏は述べる。同氏はこの新しい論文の著者らと共同研究しているが、この研究には関わっていない。秋には再び凍結し、土壌層が岩盤まで混ざり合うサイクルが生まれ、炭素が底部に濃縮される。「急激な解けでは、より深い層がはるかに暖かい温度にさらされることになり、永久凍土の深層には非常に多量の炭素が含まれる可能性がある」とシェーデル氏は言う。
崩壊した土地が酸素含有量の低い池を形成し、その底に炭素を豊富に含む層を形成すると、排出の観点から特に問題となる可能性があります。このような環境で繁殖する微生物は、副産物としてメタンを生成します。メタンは二酸化炭素よりもはるかに強力な温室効果ガスです。
ここで重要な点があります。永久凍土が急激に溶けても、炭素を放出して消滅するだけではありません。その生態系は回復し、再び炭素を隔離し始める可能性があります。土地が解けた後に崩壊し、水に浸かると、新しい樹木は育ちません。代わりに、その生態系はコケやイネ科のスゲに覆われる可能性が高くなります。植物質が水に浸かるため、分解は実際には遅くなり、泥炭（有機物の層）が形成されます。泥炭は厚く、泥だらけです。
斜面の場合、急激な雪解けにより大量の土砂が流出する可能性があります。
写真：キャロリン・ギブソン「つまり、雪解け後に急速に泥炭が堆積することで、失われた炭素の一部が最終的に回復するのです」と、新論文の共著者であるUSGSの研究地質学者ミリアム・ジョーンズは述べています。「しかし、永久凍土には数千年かけて炭素が蓄積されてきたのです。そのため、雪解けによって数年から数十年で急速に失われてしまうのです。」
生態系にもよりますが、その炭素をすべて再び隔離するには数世紀、あるいは数千年かかるでしょう。そしてもちろん、地球の他の地域よりも2倍の速さで温暖化が進んでいる北極圏では、生態系の一部を構成する植物種の構成が変化しており、その結果、炭素を隔離する方法も変化しています。
永久凍土が急速に融解すると何が起こるのかを科学者がより詳しく解析できればできるほど、これらの地域がどのように温室効果ガスを排出し、最終的にはいくらか隔離するのかをより正確に説明できるようになります。残念なことに、排出量は先進国全体の温室効果ガス排出量に匹敵する可能性があります。良いニュースは、人類が地球全体で被る被害ほどにはならないということです。「これらは炭素放出のホットスポットですが、これらのホットスポットが気候システムに深刻な影響を与えるほど大きくなるまでには数十年かかるでしょう」とトゥレツキー氏は言います。「しかし、これは依然として私たちが真剣に受け止めなければならない問題です。」
そして、これはもっと多くの研究が必要な問題です。気候モデルには必ず不確実性がつきもので、これほど複雑なシステムを完全に再現することは不可能です。アラスカ大学フェアバンクス校の永久凍土地球物理学者、ウラジミール・ロマノフスキー氏は、今回の研究には関わっていないものの、ここでの不確実性は、急激な融解によってどの程度の陸地が崩壊するかを予測することにあると述べています。科学者たちは、こうした急速な融解現象の研究を始めたばかりで、こうした現象は極めて小規模で起こることが多いのです。
「今回のケースでは、過去から未来を予測するのは非常に困難です」とロマノフスキー氏は言う。「それは理解できますし、この不確実性を軽減する方法も確かにいくつかあります。しかし、この不確実性は永遠に残るでしょう。なぜなら、あらゆるモデルには、特に永久凍土が存在する地域全体を含む、将来のこのプロセスを予測する限界があるからです。」
しかし、明らかなのは、北極圏の生態系が文字通り大混乱に陥っているということです。そして、排出量の削減を早めれば早めるほど、生態系への影響は軽減されるでしょう。
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