新たな研究によると、海洋は2075年までにオゾン層を破壊するクロロフルオロカーボン類の発生源となる可能性があります。
現在、海洋は大気中のクロロフルオロカーボン類、すなわちCFCを吸収し、数世紀にわたって隔離しています。
しかし近い将来、海洋はこれらの化学物質の吸収源としての長年の役割を逆転させる可能性があり、気候危機をさらに悪化させるおそれがあります。
世界の海洋は、オゾン層を破壊するクロロフルオロカーボン類（CFC）などのガスを大量に貯蔵しています。海洋はこれらのガスを大気から吸収し、深海へと引き込みます。そこでは、数世紀以上にわたって隔離され続けることがあります。
海洋中のCFCは、海流を研究するためのトレーサーとして長年利用されてきましたが、大気中濃度への影響は無視できるものと考えられてきました。しかしMITの研究者らは、CFC-11として知られる少なくとも一種類のCFCについて、海洋からの放出・吸収（フラックス）が実際に大気中濃度に影響を与えていることを明らかにしました。本日発表された研究論文は、Proceedings of the National Academy of Sciencesに掲載されています。研究チームは、世界の海洋が強力なオゾン層破壊物質に対する吸収源としての長年の役割を逆転させると報告しています。
研究者らは、2075年までに海洋が吸収する量よりも多くのCFC-11を大気中へ放出するようになり、2130年までには検出可能な量の同化学物質を放出すると予測しています。さらに、気候変動が進行するにつれ、この転換は10年早まるとされています。海洋からのCFC-11の放出は、この化学物質の平均滞留時間を事実上延長することになり、そうでない場合と比べて大気中に5年長く留まることになります。このことは、今後のCFC-11排出量の推定に影響を与える可能性があります。
今回の新たな結果は、現在モントリオール議定書によって世界的に使用が禁止されているこの化学物質について、科学者や政策立案者が今後の発生源をより正確に特定する一助となる可能性があります。
「22世紀前半までには、海洋から放出されるフラックスが十分に大きくなり、誰かがモントリオール議定書に違反しているように見えるかもしれません。しかし実際には、単に海洋から出てきているものにすぎない可能性があります」と、研究の共著者であり、MIT地球・大気・惑星科学科のLee and Geraldine Martin環境研究教授であるスーザン・ソロモン氏は述べています。「これは興味深い予測であり、今後の研究者が現状について混乱することを避ける一助となることを願っています。」
ソロモン氏の共著者には、筆頭著者のPeidong Wang氏、Jeffery Scott氏、John Marshall氏、Andrew Babbin氏、Megan Lickley氏、Ronald Prinn氏（以上MIT）、コロラド州立大学のDavid Thompson氏、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のTimothy DeVries氏、NASAゴダード宇宙飛行センターのQing Liang氏が含まれます。
過飽和状態の海洋
CFC-11は、冷媒や断熱フォームの製造に一般的に使用されていたクロロフルオロカーボンです。大気中に放出されると、この化学物質は連鎖反応を引き起こし、最終的に地球を有害な紫外線から守る大気の層であるオゾン層を破壊します。2010年以降、この化学物質の製造と使用は、オゾン層の回復と保護を目指す国際条約であるモントリオール議定書のもとで、世界的に段階的に廃止されてきました。
段階的廃止以降、大気中のCFC-11の濃度は着実に低下しており、科学者らは、海洋がこれまでに製造されたCFC-11排出量の約5～10％を吸収してきたと推定しています。しかし、大気中でこの化学物質の濃度が低下し続けるにつれ、海洋内ではCFC-11が過飽和状態となり、吸収源ではなく発生源になると予測されています。
「しばらくの間、人為的な排出量は非常に多かったため、海洋に吸収される量は無視できるものと考えられていました」とソロモン氏は述べています。「しかし今、人為的な排出を削減しようとする中で、もはや海洋が何をしているかを完全に無視することはできないと気づいています。」
弱まる貯蔵庫
新たな論文において、MITの研究チームは、海洋がいつこの化学物質の発生源となるのか、また、大気中のCFC-11濃度に海洋がどの程度寄与するのかを特定しようとしました。さらに、気候変動が将来この化学物質を吸収する海洋の能力にどのような影響を与えるのかについても理解を深めようとしました。
研究者らは、海洋と大気の内部および相互間の混合を模擬するために、階層的なモデル群を使用しました。まず、北半球と南半球の両方における、大気と海洋の上層および下層からなる単純なモデルから始めました。このモデルに、過去数年間に報告されていた人為的なCFC-11排出量を加えたうえで、1930年から2300年までモデルを時間的に進め、海洋と大気の間でのこの化学物質のフラックスの変化を観察しました。
次に、この単純なモデルの海洋層を、より高度な海洋力学の表現であるMIT総観循環モデル（MITgcm）に置き換え、同じ期間について同様のCFC-11のシミュレーションを実施しました。
両モデルとも、現在に至るまでの大気中のCFC-11濃度について、記録された観測値と一致する結果を示し、研究チームはこのアプローチに確信を持ちました。モデルの将来予測を検討したところ、海洋が吸収する量よりも多くの化学物質を放出し始めるのは、2075年頃からであることが分かりました。30年までに、海洋は現在の監視基準で検出可能な量のCFC-11を放出するようになるとされています。
20世紀における海洋による吸収と、将来における放出は、大気中でのこの化学物質の実効滞留時間にも影響を与えます。吸収期には数年間短縮し、2200年末までには最大5年延長されます。
気候変動はこのプロセスを加速させます。研究チームは、2100年までに地球温暖化が摂氏約5度に達する将来をモデルでシミュレーションし、気候変動によって海洋が発生源へと転じる時期が10年早まり、2140年までにCFC-11が検出可能な水準に達することを明らかにしました。
「一般的に、冷たい海洋はより多くのCFCを吸収します」とWang氏は説明します。「気候変動によって海洋が温暖化すると、海洋は貯蔵庫としての機能が弱まり、さらに少し速く放出するようになります。」
「たとえ気候変動がなかったとしても、大気中でCFCが分解されるにつれ、やがて海洋は大気に比べて多すぎる量を保持するようになり、再び放出されることになります」とソロモン氏は付け加えます。「気候変動によって、私たちはその転換がさらに早まると考えています。しかし、この転換は気候変動に依存するものではありません。」
シミュレーションによると、海洋の転換は北半球でわずかに速く起こることが示されています。北半球では大規模な海洋循環パターンが減速すると予想されており、その結果、浅い海洋中に残るガスが大気へ逸出しやすくなります。ただし、海洋の反転を引き起こす正確な要因を知るには、より詳細なモデルが必要であり、研究者らはそれを検討する予定です。
「今後の次のステップとしては、より高解像度のモデルでこれを行い、変化のパターンに焦点を当てることが考えられます」とScott氏は述べています。「現時点では、いくつかの優れた新たな疑問を提起し、何が起こる可能性があるかについての見通しを示したにすぎません。」
本研究は、VoLo Foundation、Simons Foundation、および米国国立科学財団（National Science Foundation）の一部支援を受けて実施されました。
