Antoni G. Lewkowicz博士は、オタワ大学の地理・環境・ジオマティクス学部の教授です。オタワ大学。カナダ永久凍土協会の会長を務めており、カナダ永久凍土協会の元会長でもあります。また、国際永久凍土協会の元会長でもあります。
温暖化する北極における主要な懸念の一つは、炭素を豊富に含む永久凍土の融解です。これにより二酸化炭素やメタンが大気中に放出され、気候変動を加速させるおそれがあります。
しかし、こうした恒久的に凍結している土壌の融解は、地表そのものにも影響を及ぼし、「後退性融解斜面崩壊」と呼ばれる地滑りを引き起こすおそれがあります。
1980年代にカナダ北極圏のバンクス島で後退性融解斜面崩壊を初めて研究した当時、全球気候モデルは初期段階にあり、人為的な気候温暖化の規模はまだ十分に理解されていませんでした。
現在では、今後の温暖化の規模と、その北極での増幅についてはるかによく理解できるようになっています。また、Nature Communicationsに掲載された私たちの新しい研究では、共著者のRobert Way博士と私が、夏の気温上昇によって地滑りが増加しており、それが北極の景観と生態系に大きな影響を及ぼしていることを示しています。
地滑り
後退性融解斜面崩壊（RTS）は、永久凍土地域でのみ発生しうる地滑りです。土壌中の氷が急速に融解すると発生し、土壌が弱くなって不安定になります。斜面でこれが起きると、その不安定化が地滑りを引き起こすことがあります。
これらの地滑りを「後退性」と呼ぶのは、崩壊の頂部にある急峻な露出した土壌面である滑落崖（ヘッドスカープ）が、最初の崩壊後に斜面上方へ次第に後退していくためです。永久凍土中の氷が融解することで起きるため「融解」と呼ばれ、お椀状の地滑りを指す最も一般的な用語であるため「崩壊（スランプ）」と呼ばれています。
RTSは、斜面から掘り出された砂場に似ており、その上端では融解する氷が絶えず崩れ落ちています。その後、泥と水が地滑りの「くぼみ」の底に集まり、泥状の混合物となって最終的には河川、湖、海へと流れ出します。いったん始まると、RTSは滑落崖が斜面上方へ次第に移動するにつれ、何年にもわたって活動を続け、規模を拡大することがあります。以下の動画はその様子を示しています。
1980年代初頭、私の研究の焦点は、RTSの拡大を制御する環境要因を理解することにありました。RTSは、永久凍土地域に影響を与える、最も急速に発達している地形の一つです。
現地では、同僚と私は滑落崖の後退速度（年間最大15メートル）と、氷を融解させるエネルギーを測定しました。このエネルギーは主に直射日光によるもので、暖かい空気からの熱伝達にもよります。また、バンクス島南西海岸にある私たちの野営地の近くに、RTSがいくつ存在するかも地図化しました。
カナダ北極圏のごく小さな一角を調査していた一方で、頭上の空では、人工衛星、例えばLandsat 4や5などが、バンクス島や世界のその他の地域の画像を静かに収集していました。
2016年後半、収集された膨大な人工衛星画像の一部が「Google Earth Engine Timelapse」データセットにまとめられました。Googleによると、これは「過去32年間に地球がどのように変化したかを見ることができる、世界全体をズームできる動画」です。Google。これは500万枚を超える人工衛星画像のモザイクで構成されており、1984年から2016年までの陸地の各地点について、年に1枚の雲のない画像を提供しています。
このデータセットを利用する利点の一つは、専用のソフトウェアやハードウェアを使わなくても、コンピュータ画面上でタイムラプス動画として景観の変化を見ることができる点です。以下のタイムラプスビューアーでは、バンクス島の東海岸線の一部を見ることができます。
観測
ほぼ同じ時期に、いくつかの 論文が発表され、バンクス島や西カナダ北極圏の他の地域でRTSの数が増加していることが示されました。ただし、これらの研究は利用可能な画像に対応する特定の時点に基づいていたため、気候との関連は必ずしも明確ではありませんでした。
タイムラプスデータセットが発表された直後、私はオタワ大学の学部生に、このデータを使ってバンクス島の景観の目に見える変化を観察・記録する課題を出しました。
観測結果は必ずしも網羅的ではありませんでしたが、驚くべきものでした。島の一部では、RTSの発達によって劇的に変化していました。
観測を再度行い検証したところ、私が現地にいた1984年には、島全体で活動中のRTSはわずか63か所で、そのうち10か所は私たちの野営地の近くにありました。2013年までに、島には4,000か所以上が存在し、60倍に増加していました。活動中のRTSが覆う面積は、2015年には1平方キロメートル（km²）から60平方キロメートルへと拡大し、これはマンハッタン島の面積に相当します。さらに、年間5平方キロメートルずつ増加していました。
250を超える湖も、堆積物が水中に堆積したことで色が変化しました。その結果、一部の川の谷では堆積物によって目に見えて詰まっています。地表のこれらの変化と、崩壊に伴う氷の喪失は、不可逆的です。
長期的な影響
私たちの分析により、RTSの数と面積の増加だけでなく、その増加がいつ起きたのかも評価することができました。
これらの崩壊の85%以上は、1998年、2010年、2011年、2012年という、特に暖かかった4回の夏の後に目に見えるようになりました。以下のグラフで、1984年以降のバンクス島の北部（紫色の線）、中部（青色）、南部（赤色）の各地域における活動中のRTSの数を確認できます。
バンクス島の北部（紫色の線）、中部（青色）、南部（赤色）地域における活動中の後退性融解斜面崩壊の総数。挿入地図は、3つの地域の境界、3つの気象観測所の位置、および2012年に初めて観測された後退性融解斜面崩壊（赤い点）を示しています。出典：Lewkowicz & Way (2019)
また、RTSの存続期間も算出することができ、その半数が30年以上活動を続けていることがわかりました。つまり、一度の出来事が長期的な影響をもたらすということです。
私たちの研究により、前年と当年の7月から8月の気温の加重平均を組み合わせることで、崩壊の発生率を予測できることが示されました。これにより、20世紀の過去の活動（その多くは非常に低い水準でした）を「後計算（ハインドキャスト）」し、「RCP4.5」という中程度の地球温暖化シナリオを用いて将来の活動を予測することができました。
私たちのモデルシミュレーションによれば、2076年までに、10年あたり10,000か所を超えるRTSが発生すると予想されます。以下のグラフでは、20世紀のハインドキャストと21世紀の予測を示しています。推定値は黒い四角で示し、誤差範囲で不確実性の幅を表しています。赤い四角は、Google Timelapseの画像を用いて得られた観測値を示しています。
生態系への影響
これまでの進展にもかかわらず、RTSに関して重要な問いが残っています。地形の変化以外に、融解斜面崩壊の増加は、より広い環境にとってどのような意味を持つのでしょうか。
生態系への影響という点では、バンクス島の水生生態系に関する基礎データがほとんどないため、私たちの研究では明確な答えを出せていません。
他の地域では、RTSの集中が、水銀の放出を含む河川化学の変化と関連付けられています。また、融解斜面崩壊は、以前は永久凍土中で凍結していた有機物を運び出すことも分かっています。その後、細菌によってこれが分解され二酸化炭素やメタンが生成されることで、大気中に追加の温室効果ガスが放出されると予想されています。
北極のすべてがバンクス島の私たちの調査地域と同じように反応するわけではない点を強調しておくことが重要です。実際、バンクス島内でも、RTSの分布には大きな空間的差異があります。
RTSの発生は、永久凍土が地表近くに大量の氷を含む場合にのみ起こりえ、幸いなことにこれはどこでもそうであるわけではありません。実際、シベリア、カナダ東部、アラスカの広範な横断線における1999年から2015年までの変化の分析では、私たちが観測したRTSの集中のごく一部しか明らかになりませんでした。
しかし、バンクス島が特異な場所ではないことも分かっています。今学期の学部生の授業では、タイムラプスデータを用いてビクトリア島北西部を調査したところ、ここでも数百の新たなRTSが見つかりました。さらに、私たちは研究で、2010年から2012年の期間には、1998年と比べて夏の暖かさがバンクス島でより北へ広がり、同じ地域に全く新しいRTSの集中が形成されたことも示しました。
したがって、カナダ北極諸島には、気候が温暖化するにつれて将来RTSが発生する可能性のある、より寒冷な地域が存在するかもしれないと推測しています。
私の職業生涯の間に、バンクス島の一部は劇的に変化しました。私たちの予測によれば、若い同僚や学生たちは、キャリアの中でさらに大きな変化を目の当たりにするでしょう。
寒冷な永久凍土地域でさえ気候温暖化に対して脆弱であるという証拠を積み上げ、特に極端な夏の気温の重要性を示しました。私たちの結論は、北極のこの地域は、ほんの20年前の姿に二度と戻ることはないだろうということです。
