木々は驚くほど大量のメタンを排出する

2019年7月9日午前8時

国や企業が炭素排出量を相殺するために植樹プログラムを導入する中、樹木の純排出量を把握することが緊急の優先課題になりつつある。

このストーリーはもともとYale Environment 360 に掲載されたもので、Climate Desk コラボレーションの一部です。

アマゾンには多くの謎が潜んでいます。最近まで、最も懸念されていたことの一つは、熱帯雨林から発生する膨大な量のメタンガスでした。衛星では観測されていたものの、地上では誰もその存在を突き止めることができませんでした。約2,000万トンものメタンガスが、全く把握されていませんでした。

その後、英国のポスドク研究員であるスニタ・パンガラ氏は、2ヶ月かけてアマゾン川の水路を巡り、数千本の木にガス測定装置を取り付けた。彼女は、特に広大な冠水林の樹木が、水に浸かった土壌でのメタン生成を促進し、大気中に放出していることを発見した。

彼女の2014年の探査は、地球のメタン収支に大きく欠けていた穴を埋めました。そして、これまで見過ごされてきた、大気中で2番目に重要な温室効果ガスの主要発生源を発見したのです。現在、地球上に推定3兆本ある樹木の大部分が、少なくとも時々はメタンを排出しているようです。

樹木が気候に悪影響を及ぼし、伐採すべきだと主張する人はいない。実際、ほとんどの場合、樹木の炭素貯蔵能力はメタン排出量をはるかに上回る。しかし、企業が炭素排出量を相殺するために植林を行う世界において、その数が本当に適切なのか、それとも樹木とメタンの複雑な化学反応によって損なわれているのかを、私たちは切実に知る必要がある。

「アマゾンの季節的に洪水になる地域では、木々がメタンを排出する巨大な煙突となる」とある研究者は言う。

森林科学者たちは昔から、木の樹皮に穴を開け、幹からシューシューと噴き出すガスに火をつけて学生たちを楽しませてきました。最初の測定記録は1907年、カンザス大学のフランシス・ブッシングがキャンパス内のハコヤナギを伐採し、そこから噴出するガスの60%がメタンであることを発見した時のものです。しかし、「森林に生える木から実際にメタンが放出されているかどうかを科学者が測定しようと考えたのは、わずか10年ほど前のことでした」と、この研究の先駆者であるメリーランド州スミソニアン環境研究センターのパトリック・メゴニガル氏は述べています。

しばらくの間、森林研究者たちはその事実を知りたがりませんでした。樹木が期待するほど気候に良い影響を与えていないかもしれないという話は、聞きたくなかったのです。おそらく彼らは、1981年にロナルド・レーガン大統領が樹木から揮発性有機化合物を発見したという研究結果に基づき、「樹木は自動車よりも多くの汚染を引き起こしている」と虚偽の主張をした時の騒動の再来を恐れていたのでしょう。

同様に、気候科学者たちは森林がメタンを放出するのではなく吸収すると考えていました。しかし、樹木が両方の役割を果たしている可能性に気づいたのは、ごく最近のことでした。

初期の研究者の一人は、当時英国のオープン大学に在籍し、現在はバーミンガム大学に所属するヴィンセント・ガウシ氏だ。「この研究を始めた頃は、全く相手にされませんでした」と彼は言う。同じくオープン大学に在籍していたパンガラ氏も、ボルネオの沼地でメタンを排出する樹木を初めて測定した際に、同じような経験をした。樹木が沼地からのメタン排出量を標準的な推定値の7倍に増加させたにもかかわらず、「論文を発表するまでに18ヶ月もかかりました」と彼女は言う。「いくつかの学術誌に論文掲載を拒否されました。彼らは全く興味を示さなかったのです」

しかし、成果は続いた。2017年、パンガラはアマゾン探検の成果を発表した。彼女はアマゾンの支流や浸水林を旅し、13か所の氾濫原で表層水、浮遊水生植物、土壌、そして約2,400本の樹木の幹と葉からメタン濃度を測定した。

「樹木はすべて大量のメタンを排出しているという一貫した証拠を発見しました」と彼女は言う。「アマゾンの季節的に洪水が発生する地域では、樹木はメタンを排出する巨大な煙突となるのです。」個々の樹木からの排出量は、これまで測定されたどの地域の排出量の200倍以上だった。これは些細なことではなかった。洪水に見舞われた森林1ヘクタールあたりから、毎日数キログラムのメタンが排出されていたのだ。現地調査の結果、アマゾンのメタン排出量はこれまでの推定値の2倍、年間約4000万トンにまで達した。樹木は、北極圏のツンドラ生態系全体と同量のメタンを排出していた。ツンドラの永久凍土には大量のメタンが含まれており、この地域が温暖化し土壌が解けるにつれて、その放出量はますます増加すると予想されている。

パンガラ氏の「ボトムアップ」な調査結果は、米国海洋大気庁（NOAA）などが同海域を飛行した航空機による「トップダウン」の測定によって裏付けられました。これは画期的な出来事でした。「彼女は物語を覆しました」と、ニューヨークのスキッドモア大学のクリストファー・コヴィー氏は言います。「彼女の研究は非常に徹底的かつ綿密に練られていました。生態系の全体像を示し、失われたメタンが樹木から発生していることを示しました。彼女の主張に反論するのは非常に困難でした。」

とりわけ、この発見は長年のデータの空白を解明した。この空白は、現在カリフォルニア州NASAジェット推進研究所に所属する水文学者クリスチャン・フランケンバーグ氏が初めて指摘したものだった。フランケンバーグ氏は2005年、衛星からのリモートセンシングデータから、アマゾンは地上の研究者が推定できる量の2倍のメタンを排出していると指摘していた。今や世界はその理由を知った。「彼女はアマゾンのメタン予算を締め切ったのです」とコヴィー氏は言う。

水蒸気と二酸化炭素に次いで、メタンは最も重要な温室効果ガスです。実際、分子単位で見ると、二酸化炭素よりもはるかに強力な地球温暖化物質です。人為的な発生源、特に腐敗した埋立地、炭鉱、水田、家畜、天然ガスパイプラインからの漏出は、大気中のメタンの濃度を約250%上昇させています。地球温暖化の約5分の1は、これらの要因によるものと推定されています。

しかし、湿地の微生物活動、シロアリ、反芻動物の腸、そして今では世界中の樹木のほとんどなど、自然発生源も数多く存在します。

メタンは大気中で約10年しか持続しないため、主要な発生源を除去する方が、何世紀も持続する二酸化炭素を除去するよりも、地球温暖化に早く影響を与える可能性があります。しかし、これは世界中の木々を伐採すれば地球が冷え込むという意味ではありません。決してそうではありません。ほとんどの場所、ほとんどの時間において、木々が二酸化炭素を吸収・貯蔵する能力は、大気へのメタン排出による影響を上回っています。

しかし、パンガラ氏は、無視できないと指摘する。数値が高すぎるからだ。「湿地の樹木から排出されるメタンの総量は年間5,000万～6,500万トンに達しています」と彼女は言う。「これは自然湿地からの排出量の3分の1に相当します。さらに3分の1は、最近まで全く知られていなかったのです。」

樹木からのCO2排出量が最も多いのは、アマゾンなどの熱帯湿地の森林地帯であることはほぼ間違いない。しかし、湿地外の樹木の役割も無視できない。「湿地外の樹木からのCO2排出量は少ないことは分かっていますが、世界にははるかに広大な高地の森林があり、そこからCO2を排出しているのです」とメゴニガル氏は言う。

同様に、熱帯地方以外の地域の樹木は、熱帯地方の樹木ほどのメタンを排出することは通常ありません。気温が低すぎるからです。しかし、それでも中緯度地域の森林の中には、土壌のメタン吸収能力を打ち消すほどのメタンを排出する森林もあり、その生態系はメタンの純吸収源から純排出源へと変化する可能性があるとメゴニガル氏は言います。

では、樹木はどのように、そしてなぜメタンを放出するのでしょうか？湿地はメタンの自然発生源として知られており、かつては「マーシュガス」と呼ばれていました。ですから、振り返ってみると、湿地の樹木が何らかの役割を果たしていることはそれほど驚くべきことではありません。しかし、その役割とは何でしょうか？

一部の研究者は、湿地の樹幹は、水浸しの土壌中の微生物が生成するメタンの受動的な導管に過ぎないと考えています。樹幹は一見固体のように見えますが、実際には空間と通路があり、ガスが上下に移動します。「樹幹の体積の大部分はガスでできています」とコヴィー氏は言います。その割合は4分の1から半分ほどです。

しかし、湿地の樹木は単なる導管以上の役割を果たしているようだ。微生物によるメタン生成のための条件を作り出し、原料も供給している。「湿地システムでは、樹木は大量の炭素を根に送り込んでいます」とパンガラ氏は言う。この根圏堆積と呼ばれる輸送は、樹木の根に集まるメタン生成微生物にとって不可欠な原料となる。「樹木はバイオリアクターです」とガウチ氏は言う。「樹木がなければ、湿地においてさえ、メタン生成ははるかに少なくなるかもしれません」

多くの樹木、特に湿地外の樹木は、積極的にメタンを生成しています。メタンの一部は葉の光化学反応によって発生しますが、より多くのメタンが幹に生息する微生物によって生成され、それ自体がメタンを生成する可能性があるとガウチ氏は言います。一部の研究者は、樹木を「潜在湿地」または「垂直湿地」と呼んでいます。

これらのプロセスの規模は依然として不明です。しかし、コヴィー氏によると、樹木と大気との化学的相互作用は極めて動的であることが明らかになりつつあるとのことです。「最近まで、気候の観点から見ると、森林は主に炭素の吸収源として見られてきました」と彼は言います。「現実は全く異なり、はるかに多くのことが起こっているのです。」

こうした活動がすべて悪いというわけではありません。木々はメタンを排出するだけでなく、ガスを吸収もします。実際、同じ木でも季節、樹齢、あるいは木のどの部分かによって、純メタン排出源にも吸収源にもなり得ます。多くの木は、根元近くでメタンを排出しながら、さらに高い位置でメタンを吸収します。

パンガラ氏によると、要するに、ほぼすべての樹木はメタンの放出と吸収の両方ができるということです。しかし、その正味の収支は大きく変化するため、把握するのは非常に困難です。そしてもちろん、メタンは樹木が気候に果たす役割という、はるかに大きな全体像の一部に過ぎません。

「気候変動という広い世界では、樹木がもたらす恩恵はほぼ常にはるかに大きいのです」とパンガラ氏は言う。「一本の木でさえ、メタン成分は炭素貯蔵量に比べれば非常に小さいことがほとんどです。」そして、樹木は炭素貯蔵以外にも、水分を循環させ、日陰を作り、雲の形成を促進し、生物多様性を守り、空気を浄化する働きも果たしている。

しかし、たとえ木々が気候に「悪い」影響を与えることは稀だとしても、明らかに木々の中には他の木々よりも良いものがあるとパンガラ氏は言う。したがって、世界が気候変動対策として地球の森林再生という持続的なプログラムに着手するのであれば、「メタンフットプリントの少ない木々を選びましょう」。

オープン大学時代の彼女の元指導教官が、この件に取り組んでいます。ガウチ氏は現在、インドネシアのスマトラ島で、干拓された泥炭湿原に生育するアカシアの大規模プランテーションの所有者と協力して研究を行っています。乾燥した泥炭は二酸化炭素を排出するため、インドネシア政府は泥炭地の利権保有者に対し、排水溝を塞ぎ、地下水位を上げることを義務付けています。しかし、ガウチ氏によると、水位の上昇によって、水に浸かった木々からメタンガスが爆発的に排出されるリスクがあります。彼は、木々の生育と水位の完璧なバランス、つまり「二酸化炭素排出量を最小限に抑えながらメタン爆発を回避できるスイートスポット」を見つけたいと考えています。

こうした複雑な相互作用とトレードオフを定量化し、地球全体の「スイートスポット」を見つける必要性が急速に高まっています。2016年にScientific Reports誌に掲載された論文の中で、ある科学者チームは「温室効果ガス排出量のインベントリに樹木からの排出量を含める緊急の必要性がある」と述べています。

_{コヴィー氏は、政府や企業が植林によってCO2}を吸収する木々を植えることで産業排出量を相殺し、温室効果ガス削減の国際義務を果たすと約束している現状では、その必要性はさらに高まっていると指摘する。植林によるメタン排出を無視すれば、気候への効果は誇張される可能性があるとコヴィー氏は指摘する。「危険なのは、炭素市場で実際の排出量を、見かけ上の相殺分と交換してしまうことなのです。」

「最終的には、樹木の種類、土壌、気温、地下水位が分かれば、大気中にどれだけのメタンが放出されるかを計算できる状況を目指しています」とパンガラ氏は語る。しかし、そのためにはさらに多くの科学的研究とデータが必要だ。

今月初め、現在ランカスター大学に通うパンガラさんは、幼い息子と共にメキシコへ飛び、ユカタン半島沿岸の湿地帯にあるマングローブにメタンガス測定装置を取り付ける準備を整えた。「大変な作業になるでしょう」と彼女は出発前に言った。「マングローブは密生していて、ヘビにも対処しなければなりません。でも、湿地だし木々も生えています。ですから、間違いなくメタンガスが放出されているはずです。問題は、どれだけの量になるかということです。」

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