海の生命の大部分は、最終的に光合成を行うプランクトンに依存しています。微細藻類とも呼ばれるこれらの小さな、あるいは微小な生物は表層近くに生息し、太陽からエネルギーを得て、それを海洋の食物連鎖を通じて受け渡しています。
しかし、このプランクトンは海面の上でも大きな役割を担っています。新たな研究が学術誌 Science Advancesに掲載され、同僚と私は、陸から遠く離れた海上の雲をプランクトンが制御する一助となっていることを明らかにしました。これらの雲は、今度は太陽の放射エネルギーを宇宙へ跳ね返し、地球の気候を調節するとともに、そうした雲がなければ本来よりも気温を低く保っています。
雲は、地球の大気中を漂う微小な粒子に水蒸気が凝結してできた、無数の小さな水滴から成っています。これらの粒子は 雲凝結核と呼ばれています。プランクトンは基本的に、雲が形成される際の足場となるこれらの核を雲に供給しています。
ある一定体積中のこれらの粒子の数は、雲の中の水滴の数を決定する一助となり、それは雲が宇宙へ反射する太陽光の量に大きな影響を及ぼし得ます。雲水の一定量がより多くの水滴に分割されるほど、雲の水滴の表面積の合計が増加するため、より多くの太陽光が反射されます。地球の反射率、すなわち アルベドの重要な部分は雲に起因するため、これは地球のエネルギー収支に大きな影響を及ぼし得ます。
プランクトンと雲の関係を調べるため、私たちは南極海に注目しました。南極大陸を取り囲むこの海域は、地球上で最も人里から遠い場所の一つであり、人為的な粒子発生源からも遠く離れています。それでいて、地球上で 最も雲の多い場所の一つでもあります。これらの雲は、いったい何に支えられているのでしょうか？
衛星から雲の水滴を数える
私たちは、南緯35度線（オーストラリアを通過し、南アフリカのすぐ南を通る）から南緯55度線（南アメリカ大陸の南端をかすめる）まで、地球を一周する南極海の一区域について、衛星による雲のデータを分析しました。
夏の南半球におけるクロロフィルa – 南極海は、生産性の高い緑色と黄色の斑が広がっています。NASA。
プランクトンが多い海域の上空ほど雲の水滴が多い傾向が見られ、その指標として濃度が増加していたのは 一種のクロロフィル （光合成に使われるもの）でした。これは、プランクトンが雲のアルベドや、太陽から宇宙へ反射されるエネルギー量に影響を及ぼす可能性が高いことを意味します。
この大部分は プランクトンが気体を放出すること に起因しており、それは細胞の老化を通じて、あるいは微小な動物である動物プランクトンに食べられて細胞が壊されたときに起こります。この気体の一部は、新たな微小な固体粒子に変換されたり、既存の粒子に加わったりして、追加の凝結核として機能します。
しかし、私たちはまた、海水飛沫を通じて大気中に直接放出される有機物が一部存在することも明らかにしました。これは、プランクトンの体、他の海洋生物、ウイルス、細菌などに由来しうるものです。これらの微細な粒子の周りで水が凝結し、追加の雲の水滴が形成されます（ただし、有機物は他の方法でも水滴数に影響を与えることがあり、この科学分野はまだ 激しく議論されている）。
海洋を冷やす
また、植物プランクトンによって形成された追加の雲の水滴により、地表に届くはずだった太陽エネルギーのうち、夏季には最大で1平方メートルあたり10ワットが遮られていたことも推定しました。これは、高度に汚染された地域の風下で、人為的な粒子が年平均で雲に与える影響に関する類似の推定値と同程度です。したがって、植物プランクトンのいない生命のない海では、南極海の表面はやや温暖になる可能性が高いと考えられます。
宇宙から見た南極海のクロロフィル。NASA、著者提供。
多くの気候モデルは、南極海の雲によって宇宙へ反射される日射量を過小評価しています。これにより、地域の海面水温予測に誤りが生じ、大規模な循環パターンも不正確になり、その影響は 局所的にも 、遠方の地域にも 熱帯地域などに及びます。したがって、これらのモデルを修正することが重要です。
これらのバイアスは、植物プランクトンと雲の形成との関係が非現実的に表現されていることに、一部起因している可能性があります。やや皮肉なことに、これら自然の凝結核の「基準」となる効果に関する私たちの知識の不確実性も、人為起源エアロゾルが気候へどのように影響しているかに関する、 最大の不確実性要因 の一つです。
その遠隔性と人を寄せつけない環境のため、何が起きているかを研究するために利用できる南極海の雲の内部からの現場データはごくわずかです。そのため、衛星データは非常に貴重ですが、この地域でより直接的な観測の必要性が改めて浮き彫りになっています。
この記事は The Conversationとの協力により掲載されたものです。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。
The Agendaの最新情報を追うには 週刊ニュースレターにご登録ください。
執筆者：Daniel Grosvenorは、リーズ大学のSchool of Earth and Environmentの研究員です。
画像：アイスランド西方の北大西洋のブルームで観測された、植物に似た生物である植物プランクトン。NASA。
