南極海の深層に蓄えられた炭素が、最終氷期を終わらせた
大気中の炭素が地球温暖化を引き起こしていることはよく知られています。少なくとも科学界以外では、海洋がこれに果たす役割はあまり知られていません。海には大気の60倍もの炭素が含まれており、気候に劇的な変化をもたらすほど急速に放出されることがあります。実際、 Nature誌に掲載された研究で述べたように、海洋から放出されたCO2が最終氷期の終わりをもたらしました。
かつて北米とスカンジナビアは、5,000万立方キロメートルを超える氷に覆われていました。約19,000年前から10,000年前にかけて氷が融け、海面を約130メートル上昇させるほどの水が放出されました。これは、最終氷期から現在の間氷期にかけて、CO2濃度が約50％増加し、180 ppmから280 ppmになった後のことです。この顕著な増加を説明するには、海洋に目を向ける必要があります。
科学者たちは長年、大西洋、インド洋、太平洋の南部、すなわち南極海と呼ばれる海域が、大気中のCO2増加を説明する鍵となる可能性があると考えてきました。
この海域では、炭素を多く含む大量の深層水が海面まで上昇します。しかし、表層水に特定の栄養素（たとえば鉄）が少ないため、プランクトン生物の代謝が制限されます。その結果、海面まで運ばれた炭素をすべて消費できず、CO2が大気中へ「放出」されます。
最終退氷期に大気中のCO2増加に海洋が寄与したかどうかを評価したいと考えました。そこで、現在、海洋と大気の間の炭素交換に重要な海域、すなわち南極海の大西洋区と、深く冷たい水が海面に湧き上がるもう一つの海域である東部赤道太平洋を調べることにしました。
では、どうすれば過去にさかのぼり、これらの海域が大気中のCO2の発生源だったかを確かめられるのでしょうか。その答えは、海面から数千メートル下に埋もれています。
「 ジョイデス・レゾリューション 」のような調査船は、海底を掘削し、海洋の歴史が記録された長い堆積物の連続試料を採取できます。堆積物には、かつて海洋上層部に生息していた有孔虫と呼ばれる微小生物の化石などが含まれています。有孔虫は石灰質の殻を作り、その化学組成は生息する水の影響を受けます。
死後、殻は海底に沈み、そこに堆積します。私たちは堆積物コアを分析し、関心のある特定の時期に生息していた有孔虫の殻に含まれる元素ホウ素の同位体組成を調べました。ホウ素から水のpHが分かり、それによって炭素濃度も分かります。水中のCO2濃度が高いと水は酸性度が増し（pHが低下し）、その逆も同様です。
私たちは関連性を見いだしました。最終氷期の氷河が融け、大気中のCO2が増加していた時期、南極海と東部赤道太平洋の表層水もより酸性でした。これはCO2濃度の上昇を示しており、その濃度は大気中のものをはるかに上回っていました。
これが研究の重要な発見です。最終退氷期の重要な時期に、海洋は大気へのCO2供給源となっており、これがCO2濃度の大幅な増加を説明します。
この炭素はどこから来たのでしょうか。
次に当然浮かぶ疑問です。これまでの 研究 では、最終氷期には現在よりも海洋と大気の間で交換される炭素がはるかに少なかったことが分かっています。主な理由は、当時の南極海で成層が非常に強く、深層水が海面に達することがまれだったためです。表層海洋で生成され、深海へ運ばれた有機物が分解されることで、栄養素とCO2が南極海の深層に蓄積していました。
退氷期には、深層と表層の海洋の実質的な連絡が再び確立され、この炭素の「貯蔵庫」から大気へ炭素が漏れ出しました。
産業革命の始まり以降、海洋は推定1,550億トンの炭素を吸収してきました。これは人為的排出量全体の約30％に当たります。現在の大気中CO2濃度は約400 ppmで、約 300万年前の鮮新世以来、地球上で観測されていません。また、その増加速度は、それ以降に繰り返されてきた氷期・間氷期の時代において前例がありません。
人類は地球を対象に大規模な実験を行っており、その影響はすでに、大気と海洋の温度上昇、海面上昇、海洋酸性化などの形で現れています。今後、海洋によるCO2吸収がどのように推移するかは分かっていません。しかし、私たちの研究のような取り組みは、何千年という時間尺度で海洋が炭素を貯蔵・放出する仕組みへの理解を深めます。これは、観測記録が及ぶ範囲をはるかに超える時間尺度です。
この記事は The Conversationとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ミゲル・マルティネス＝ボティは、サウサンプトン大学国立海洋学センターの客員研究員です。ジャンルカ・マリーノは、オーストラリア国立大学で海洋・気候変動の研究者を務めています。
画像：南半球の冬季、アルゼンチン南部サンタクルス州パタゴニア地方のエル・カラファテ市近郊で、ペリト・モレノ氷河の側面の一つから氷片が剥がれ落ちる、予期せぬ崩落過程。REUTERS/Andres Forza
