永久凍土実験はアラスカの気候変動による未来を模倣する

この記事はもともと High Country News に掲載されたもので、 Climate Deskのコラボレーションの一環です 。

デナリ国立公園・保護区近くの起伏に富んだ丘陵地帯を縫うように走る狭い板張りの道を、バランスを保つのに苦労しながらよろよろと進む。すぐ先では、北アリゾナ大学の生態学者テッド・シューアが、2003年から研究フィールドとして利用しているエイトマイル湖へと先導している。時折、板から滑り落ち、下にあるふかふかの植物の絨毯の上へと足を踏み入れる。ここに生える羽毛のような苔、スゲ、そして小さな低木――ラブラドールティー、ローブッシュクランベリー、ボグローズマリー――は、湿った酸性土壌によく適応している。

小丘の頂上を回り込むと、広大なツンドラ地帯が眼下に広がりました。無数のセンサーとケーブルが張り巡らされ、まるで屋外の集中治療室のようです。敷地の中央にはガス検知塔が立っており、空気中を漂う二酸化炭素を400メートルほど離れた場所からでも検知します。地上では、ツンドラの頂上に設置されたポリカーボネート製のチャンバーが、定期的に開閉するたびにシューという音を立てています。その役割は、地表から上昇する二酸化炭素を捕らえ、濃度を測定する機器へと送ることだそうです。

目的は、植物や土壌微生物が吸入・排出する二酸化炭素量をリアルタイムで記録することです_が、それは単に「今この瞬間」だけではありません。シューア氏の屋外実験は、ツンドラの特定の場所を人工的に温めることで、アラスカの気温が大幅に上昇すると予想される未来を再現することを目指しています。2100年までに、アラスカ州は既に発生した気温よりも少なくとも華氏4～5度（摂氏約4～5度）上昇すると予測されており、これは最も楽観的なシナリオに基づいています。最近の衛星による測定によると、この地域のツンドラはすでに二酸化炭素を大気中に放出しています。シューア氏が答えを探している疑問は、この地域の温暖化が進むにつれて、地球全体の二酸化炭素プールにどれだけの二酸化炭素が排出されるのかということです。

陸生植物や水生植物とともに、有機物を分解する土壌微生物は、地球規模の炭素循環において重要な役割を果たしています。気候科学用語では、植物は炭素の「吸収源」です。太陽光によって駆動される光合成過程において、植物は放出する二酸化炭素よりも多くの二酸化炭素を吸収・固定し、大気中に放出される二酸化炭素を抑制します。一方、有機物を分解する土壌微生物は、昼夜を問わず、冬も夏も二酸化炭素の微小な泡を噴出させる「放出源」_です。

シューアは、吹きだまりを捕らえる雪よけフェンスの山に私の注意を向けさせた。10月になると、研究者たちは6つの実験区画の周りにフェンスを並べ、4月に再び苦労して撤去する。雪は優れた断熱材だとシューアは説明する。「まるで巨大な毛布のようだ」。吹きだまりの下では、地面の温度はフェンスのない対照区よりも華氏3～4度も高く保たれ、春に起こる温暖化を加速させることがシューアと彼の同僚によって発見された。

この操作の影響は多岐にわたります。気温上昇に伴い、永久凍土の崩壊による地盤沈下が起こり、実験区画の表面積は数フィート低下しました。夏の終わりに土壌が解ける深さも同様に増加しており、かつて永久凍土であった表層が、微生物の食卓に多くの有機物を加えたことを示しています。

最も劇的なのは、シューア氏らが観察した炭素循環の加速です。実験区の植物は、より低温の対照区の植物よりも速く成長し、より多くの二酸化炭素を吸収しました。実験区の土壌微生物も同様に代謝速度を上げました。しかし、植物が炭素を固定するのは生育期のみであるのに対し、微生物の活動は年間を通して継続しています。年間ベースで見ると、微生物が放出する二酸化炭素量_は、植物が吸収する量を上回っています。

現在の気温上昇率を考えると、植物による二酸化炭素の吸収と微生物による二酸化炭素放出の不均衡は_拡大する可能性が高い。シューア氏によると、今世紀末までに世界の永久凍土帯から大気中に放出される二酸化炭素量は年間10億トンに達する可能性があり、これは現在のドイツや日本の排出量に匹敵する。

しかし、未だに説明がつかないのは、土壌の地下から消失したと思われる相当量の炭素だ。これは、シューア氏らが大気中で検出した量の約20倍に相当します。シューア氏は、その差の大きさに気づいた時、「うわあ、これは驚きだ」と心の中で呟いたことを覚えています。おそらく、斜面を伝い落ちる水が、失われた炭素を小川や川、エイトマイル湖などの湖沼に運んでいるか、あるいは炭素をメタンに変換する微生物が生息する、酸素の乏しい湿地帯へと流れ込んでいるのでしょう。

永久凍土から湧き出る炭素のうち、どれだけの量がメタンに変換されるのだろうか？これはシューア氏が取り組み始めているもう一つの疑問だ。メタンは二酸化炭素よりも量こそ少ないものの_、 1世紀で30倍もの温室効果ガスを閉じ込める力を持つからだ。車に戻る途中、シューア氏はワタスゲの群落を指差した。その中空の茎の一部がメタンを大気中に放出している。「重要なのは炭素が出入りすることではない」と彼は言う。「重要なのは、それが最終的にどのような影響を与えるかだ」