私たちが知る深い土壌が存在してきた期間は、地球の歴史の10%にも満たない。
生物学者が、わずか数センチの高さから広大な森林に至る陸上植物の進化を解説します。
そして、地球を人が住める環境にするうえで土壌が果たしてきた役割は、今日、土壌を守らなければならない理由の重要性を浮き彫りにしています。
地球誕生から最初の40億年間、大陸は火星の表面に似た、ちりに覆われた不毛で岩だらけの風景でした。しかし約5億年前、そのすべてが変わりました。
陸上植物は淡水藻類の祖先から進化し始め、徐々に地球の岩だらけの表面を覆っていきました。最初の陸上植物は当初わずか数センチの高さでしたが、すぐにより複雑な形態へと進化しました。3億8500万年前までには、広大な森林が地表を覆っていました。
この新たな植物の多様性を支えたのは、地下で起きた変化、すなわち根と土壌の形成でした。今日、土壌はあまりにも豊富に存在するため、私たちはその存在を当たり前に思ったり、地球に常にあるものだと考えたりしがちです。しかし、そうではありません。私たちが知る深い土壌が存在してきた期間は、地球の歴史の10%にも満たない。
こうした土壌の形成は、地球上の生命を劇的に変えました。土壌は陸上の景観、水路、栄養素や鉱物の循環、さらには大気の組成まで変化させました。地球を人が住める環境にするうえで土壌が果たした役割は、今日、土壌を守ることの重要性を浮き彫りにしています。
最初の土壌
土壌がどのように進化したかを示す最古の証拠は、古代の陸上植物の化石から得られます。スコットランド北東部にある「ライニー・チャート」と呼ばれる岩層には、4億700万年前の植物化石が非常に良好な状態で保存されています。これにより科学者は、ここで繁栄した生命の多様性を研究することができます。
ライニー・チャートに保存された植物の大半には、今日よく知られている植物に典型的な、大きく複雑な根がありません。代わりに、その根系は、仮根と呼ばれる毛状の構造に覆われた細い茎で構成されていました。こうした毛状の構造は、植物を地球の岩だらけの表面に固定し、水や栄養素を吸収するのに役立ちました。
毛状の茎が成長し、枯れた古い茎の塊と絡み合うことで、厚さわずか数センチの薄い泥炭質土壌が徐々に形成されました。薄くても、この土壌は風で飛ばされたり水で流されたりしにくく、より多くの植物が育つ足場となりました。
ライニー・チャートに保存されたもののような初期の土壌には、多様な菌類が生息していました。植物と有益な関係を築き、植物が供給する炭素と引き換えに栄養素の獲得を助けるものもいれば、枯れた植物組織を食べるものもいました。
こうした土壌は、ダニ、線虫（回虫）、そして初期のクモ類にとっても狩り場でした。植物、動物、菌類が一体となって、複雑な食物網を形成していました。
この薄い土壌には、すでに生命があふれていました。
植物の多様化
2000万年後に時を進めると、地球の大陸は森林に覆われ、深さ1メートルを超える土壌が広がっていました。地質学的には短期間とされるうちに土壌の深さがこれほど増したのは、植物の根の進化によるものでした。根は下方へ伸び、堆積物のより深い層に有機物を加えることで、土壌を深くします。
根は、植物が地面に固定され、水や栄養素を得られるようにする特殊な器官です。地下での生活や、地表下の岩盤に根を伸ばすことに特化しています。
岩盤の表面にしがみつく毛状の茎から、1メートルを超える深さまで伸びる根への移行は、土壌を変化させ、植物が水や栄養素の深い蓄えにアクセスできるようにしました。この地下での革命により、生命が多様化するためのまったく新しい生態系が生まれました。
土壌が変えたのは足元だけではない
土壌は、地質、大気、水循環、栄養循環をつなぐ重要な接点です。深い土壌の出現は、地球を構成するこれらの要素の相互作用を一変させ、いくつもの意外な変化をもたらしました。
変化の一つは水循環に起きました。かつて無数の小さな流れが縦横に走っていた景観は、大きく蛇行する河道をもつ氾濫原へと変わりました。同時に、土壌はより多くの植物を育てられる水を蓄え、その水は速やかに大気へ戻る循環に加わるようになりました。
土壌の深さと広がりが増した時期には、大気中のCO₂濃度の大幅な低下と地球規模の気温低下も起きました。大気組成のこの変化には、根と土壌の二つの特性が部分的に関わっていました。
植物の根は、岩盤を物理的・化学的に分解して岩石の風化を促進しました。この過程により、大気中のCO₂が正味で除去されます。
土壌、特に有機物に富む泥炭土壌は、巨大な炭素貯留庫でもあります。植物は成長にCO₂を必要とし、枯れるとCO₂が大気に戻ります。しかし、多くの土壌では植物由来の物質が完全には分解されず、その大部分が徐々に埋没していきます。
こうして炭素は泥炭質土壌に閉じ込められ、埋没すれば石炭になることもあります。深い土壌と森林の出現は、地球上の炭素埋没速度を大幅に高めました。
土壌は、地球上の膨大な生命を支えています。水循環や栄養循環における役割、そして何より炭素の貯留庫としての役割は、今日も将来も重要です。化石記録は、私たちが土壌を守らなければならないことを思い起こさせます。
