湖の微生物が、地表から大気中へ放出される正味の炭素の最大25%を排出することが研究で明らかになった
湖が地球の陸地面積の4%しか占めていないことを考えると、これは驚くべきことだ。
落ち葉を含め、湖に有機物が多いほど、排出される炭素も増える
湖周辺の土地管理によって、炭素排出量を削減できる可能性がある
湖や池は、地球上の植物の多くが行き着く場所だ。河川は、地球上の枯死した有機物の多くを集め、流れの穏やかな水域へ運んで堆積させる。
しかし、微視的なスケールで見ると、湖は決して穏やかではない。目に見えない微生物の大都市が、倒木や落ち葉を餌とし、副産物として温室効果ガスを生み出している。
その結果、湖は大気中の炭素の最大4分の1を占めている可能性があり、その割合は上昇している。 新たな研究ケンブリッジ、ドイツ、カナダの同僚とともに行った研究は、気候変動により今後数十年間で淡水湖からの排出量が倍増する可能性を示している。
地球上の既知の生命はすべて炭素でできている。植物や動物が一生を終えると、細菌や菌類などの微生物がやってきて、それらを餌とする。微生物は他の生物の炭素を含む遺骸や排せつ物を食べる。これらを総称して有機物と呼ぶ。
この終わりのない食物の宴の副産物として、微生物は二酸化炭素やメタンなどのガスを環境中に放出する。個々の微生物が放出するガスの量はごくわずかだが、地球上で最も数の多い生物であるため、合計すると大きな量になる。太陽光のエネルギーも、有機物の分子間の化学結合を切断し、二酸化炭素などのより小さな分子を環境中に放出することがある。
こうした分解の一部は森林の地表で起きる。しかし、地面に落ちた有機物の多くは水中へ流れ着く。風や雨、雪によって湖へ運ばれるほか、多くの場合、湖に流れ込む河川へ運ばれる。
微生物や太陽光によって湖から放出される温室効果ガスの量は膨大だ。初期の推定では、約9%が、地表から大気中に放出される正味の炭素に相当していた。つまり、地球の炭素貯蔵プロセスを上回って放出される量である。
しかし、測定技術の向上により、近年の研究ではその割合が最大25%に修正された。この数字は、湖が世界の陸地面積の約4%を占めるにすぎないことを考えると、かなり大きい。
今後、湖には微生物が分解する有機物がますます多く流れ込むようになる。気候の温暖化によって、湖の周辺では森林面積が拡大し、また広葉樹の割合が高まると予想される。カエデやオークなどの広葉樹が、マツなどの針葉樹に比べて増える。
千差万別な炭素の形態
森林の変化が、炭素循環における湖の役割をどう変えるかを理解するため、カナダの2つの湖で実験を行った。
近隣の森林から採取した岩石、砂、粘土と、量や種類の異なる有機物をプラスチック容器に入れた。これは、気候変動によって予想される森林面積や構成の変化を再現することを目的としていた。
次に、有機物が最も蓄積しやすい湖の浅瀬に容器を沈め、3年間にわたって観察した。
水中の炭素化学を分析する新しい手法を用いて、私たちは発見した。今後数十年間に予想される森林の成長水準を再現した容器では、現在の森林環境を再現した条件と比べ、水中の温室効果ガスが1.5倍から2.7倍多くなった。
水中に存在する有機化合物の目に見えない多様性が、この増加をもたらす最も重要な要因だった。微生物の多様性や有機物の総量よりも影響が大きかった。
この結果は、同じ微生物が多様な種類の分子を餌にできるためと考えられる。つまり、水中の炭素化合物の種類が増えるほど、微生物が餌を得て温室効果ガスを放出する経路も増える。
有機物の多様性が高まるだけで、温室効果ガス濃度は約50%上昇した。しかし、水面を覆う水がより暗い容器では、この影響の大きさはほぼ2倍になった。これは、ほとんどの湖で予想される状況だ。気候変動に伴って樹木の被覆が増えるためである。
炭素が陸地から大気へ移動する過程を正確に追跡することは、気候変動の進行速度を予測し、その影響を緩和するうえで欠かせない。湖周辺の植生が水中の温室効果ガス濃度をどう左右するかをより深く理解することで、湖周辺の土地管理を変えれば炭素排出量を削減できるかどうか、私たちの研究が判断材料となる。
例えば、湖畔ではヨシなどの水生植物を植える量を減らすことが考えられる。これらの植物は、森林由来の有機物よりもはるかに高い濃度の温室効果ガスを生み出すためだ。
炭素循環における湖の役割を完全に理解するには、まだ研究が必要だ。湖に流れ着いた有機物のすべてが微生物に分解されるわけではない。一部は湖底に沈んで泥状の堆積物となり、炭素を閉じ込める。気候変動に伴い堆積物の量も増えると考えられるが、どれほど増えるのかはまだ分かっていない。そのため、貯蔵される炭素の増加が、湖からの温室効果ガス排出量の増加をどの程度相殺するかも分かっていない。
この問いに答えることは、炭素収支の精度を高め、人類が炭素収支の均衡を取り戻すまでにどれほどの時間があるのかを評価するうえで極めて重要となる。
