海洋の「デッドゾーン」とは、ほとんどの生物が生息できない酸素欠乏域のことです。
自然に発生する場合もありますが、肥料や下水が下流から沿岸域に流れ込むことで生じる場合もあります。
ある研究によると、酸素が枯渇した水域の下にある堆積物は亜酸化窒素の重要な発生源であり、大気中に排出されています。
自然の生態系を回復させることで、これを改善できる可能性があります。例えば、ベルムーダのマングローブの海底堆積物は、海水中の亜酸化窒素を消費しています。
これらのN2O排出を防ぎ、気候変動における海洋の役割についてさらに理解するためには、より多くの研究が必要です。
2019年10月、私は カナダ沿岸警備隊の船「John P. Tully」に乗船した科学者チームとともに、バンクーバー島沖の北東太平洋へ出航しました。荒れた海と睡眠不足に苦しみながら、私たちは一週間近くにわたり、小さな立ち式冷蔵庫の中で肩を寄せ合うようにして作業し、深海環境に対する低酸素条件の影響についてさらに理解するために海底堆積物を分析しました。
生物が死ぬと、海水の柱の中を沈んでいき、分解される過程で海中表層下の酸素を消費します。その結果、「酸素極小層」や「デッドゾーン」と呼ばれる、酸素が枯渇した水の帯が生じます。
これらの過酷な環境は、ほとんどの生物にとって生息不可能です。一部の地域では自然に発生しますが、デッドゾーンは肥料や下水が下流から沿岸域に流れ込んだ後に現れることが多く、それが藻類の大発生を引き起こし、藻類は死滅して分解されます。
その探検から得られた研究の一つでは、酸素が枯渇した水域の下にある堆積物が、亜酸化窒素（N2O）の重要な発生源であることが示唆されました。このガスは、深層水が湧昇と呼ばれる過程で表層に上昇すると大気中に放出されます。
亜酸化窒素は、一般に「笑気ガス」として知られており、二酸化炭素の300倍の強力な温室効果ガスです。世界のN2Oの排出量は増加しており、これはその生成を促進する人間の活動によるものです。
N2Oのホットスポット
海洋は現在、世界のN2O排出量の約25パーセントを占めており、科学者たちは海洋からの寄与の推定精度を高めるための研究を進めています。これまでの研究の多くは、「N2O排出のホットスポット」として知られる酸素極小層に焦点が当てられてきましたN2O排出のホットスポット。
気候変動による海洋の温暖化は、世界的に海洋の酸素極小層の拡大を引き起こしています。これにより、海洋からのN2O排出が今後も増加し、気候変動をさらに加速させるのではないかとの推測が生まれています。我々の研究結果は、これらの低酸素水域が海底と接する場所では、さらに多くのN2O生成が見込まれることを示しています。海洋からのN2O排出は増加し続ける可能性があります。
窒素は地球上の生命にとって不可欠な要素であり、環境中にさまざまな形態で存在しています。特定の単細胞微生物群は、アンモニウムや硝酸塩などの窒素を含む化合物をエネルギー源として利用し、細胞の機能を駆動しています。これらの代謝反応は、環境中での窒素の様々な状態間の変換を媒介しており、その過程で副産物としてN2Oが環境中に漏出することがあります。
温室効果ガスとしての影響とは別に、N2Oは大気中に放出される主要なオゾン層破壊物質でもあります。
N2Oの貯蔵庫としてのマングローブ
当チームは2020年秋、ベルムーダ海洋科学研究所と共同で、手つかずのマングローブ林におけるN2O排出量を測定するためにベルムーダを訪れました。これらの堆積物は浅く、シュノーケリングをする人々も立ち入ることができたため、さまざまな環境条件下におけるN2Oの循環での役割を徹底的に調査することができました。
ベルムーダのマングローブの海底堆積物は、実際には上層の海水からN2Oを消費していることがわかりました。同様のN2Oの「吸収源」は、以前にも他の手つかずの生態系で報告されており、河口域を含む、マングローブ林さらには陸上土壌においても報告されています。
これらの地域が大気からN2Oを吸収する能力は、環境中の窒素を含む栄養塩の濃度と関連しています。窒素を含む栄養塩が不足すると、亜酸化窒素の生成は抑制されます。栄養塩のレベルが十分に低い場合、海洋生息域はN2Oの純消費者として機能することがあります。
N2Oの吸収源として機能する堆積物は、N2Oの純発生源として機能することもあります。農業排水や都市の下水による窒素負荷が増加すると、大気中へN2Oを放出します。実際、溶存窒素の持続的な流入を受けるマングローブやその他の沿岸付近の生態系は、大量のN2O排出源となる傾向があります。
手つかずの環境が、大気中のN2O濃度の上昇に対する緩衝材としてどの程度機能し得るかは、依然として不確実です。これまでの研究の多くは、N2Oの発生源となっているヨーロッパやアジアの人口密集地域や大きく攪乱された地域に焦点が当てられてきました。そのため、N2Oの吸収源としての手つかずの海洋生息域の役割と、地球規模のN2O収支全体への影響については、まだ解明すべき点が多く残されています。
肥料への対策
将来の海洋からのN2O排出を削減するには、海洋の酸素極小層の拡大と広がりを抑えるというより複雑な課題にかかっていますが、手つかずの沿岸環境を保全・回復させる取り組みは、短期的に実施可能な現実的な対策です。
現在、人間の農業活動が世界のN2O排出量の3分の2以上を占めています。その結果、肥料を通じて農地土壌に加えられる過剰な窒素の量を削減することに多くの注目が集まっています。植物に吸収されない栄養分は、しばしば海に流れ込む流域に行き着くため、肥料の過剰使用に対処する政策は、隣接する水生生態系にも利益をもたらします。
しかしながら、特に影響の大きい地域において、海洋からの排出をさらに削減するには、沿岸開発や排水処理の慣行にも対処する多面的なアプローチが必要となります。
国際連合は2021年を持続可能な開発のための海洋科学の10年の始まりと宣言しました。海洋と気候変動との重要な関連性を詳しく説明することが、今ほど急務になったことはありません。
