ニール・ペダーソンが年輪に初めて触れたきっかけは、「優しく親切な」大学講師の授業だった。ところが、ペダーソンによれば、その講師は「私がこれまで経験した中で最も退屈な教授の一人」だったという。「そのとき、年輪とは金輪際縁を切ろうと決めた」とペダーソンは語る。しかし、年輪は何度も彼の前に現れ続けた。
将来の森林生態学者として、彼は森林の歴史についてより多くを学ぶ必要があった。そこで大学院時代には、森林の過去を解き明かす上で年輪が重要であることを称賛する論文を数え切れないほど読んだ。最終的に、「年輪に含まれる情報の美しさと豊富さに私は魅了された」と彼は語る。「それ以来、年輪は樹木と森林の驚くべき回復力を私に示してくれた。私はすっかり虜になってしまった。」
現在、ペダーソンと同僚たちは、こうした自然界の古代の記録に含まれるデータを活用し、気候変動と炭素動態が森林に及ぼす影響をより深く理解しようとしている。長寿の樹木のデータは数十年、さらには数世紀前までさかのぼれるため、その価値はなおさら高い。これは、ハイテク機器による情報収集が約30年程度しか遡れない現代の衛星画像、二酸化炭素測定、コンピューターモデルと比べて、はるかに長い期間に及ぶ。
「年輪にできることは、そうした記録を補強することです」とペダーソンは語る。「衛星記録は……樹木の一生のごく一部を示すにすぎず、ましてや森林の『一生』となるとなおさらです。さらに、衛星記録は地域の天候の『平年値』しか捉えられず、私たちが学びつつあるように、気候は時間とともに変化します。夜の天気予報に出てくる平年値や平均値は、30年平均に基づいています。そのため、衛星記録は広い範囲を捉えるのに優れていますが、記録期間が短いため、森林について分かることには限界がある可能性があります。」
ペダーソンは現在、ハーバード大学の ハーバード森林（面積4,000エーカーの研究施設）の上級生態学者であり、コロンビア大学のラモント・ドアティ地球観測所の准教授研究員であるライア・アンドリュー＝ヘイルズ、そして Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University、さらに ETH Zurichの森林管理グループの研究リーダーであるマチュー・レヴェスクらとともに、年輪を分析し、そこから得られた情報がハイテク機器の精度と一致するかどうかを検証した。彼らが知りたかったのは、年輪が、森林における長期的な炭素貯留や気候変動について学ぶための代替指標として役立つかどうかであり、その結果、役立つことが明らかになった。
森林は重要な炭素の「吸収源」として機能し、化石燃料の燃焼によって大気中に放出された、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を吸収している。しかし、ほとんど分かっていないのが実情だ。現在または過去に森林にどれだけの炭素が貯留されていたのか正確には分かっておらず、科学者たちが過去の気候変動の影響について学び始めたのも、ここ数年のことにすぎない。
科学者たちは、広く分布する2種の樹木――チューリップポプラ（Liriodendron tulipifera）とアメリカシロナラ（Quercus rubra）――の年輪サンプルを調べた。これらの樹木は、米国東部の気候が異なる3つの地域で育ったものである。その後、年輪に蓄えられた炭素と酸素の分子、すなわち安定同位体を分析した。その結果を衛星から得られた推定値と比較したところ、年ごと、そして長期にわたって強い一致が見られた。ちなみに、年輪を得るために樹木が伐採されることはなかった。代わりに、各サンプルについて、年輪採取用のコアを1本ずつ抜き取った。そのコアは鉛筆よりもわずかに細い。
「本研究は、年輪の安定同位体と、衛星から得られた最新世代の生産性推定値とを比較した初めての研究です」とレヴェスクは語る。「新たに開発された衛星データを活用しました。これが本研究の主な新規性です。」
研究チームの研究結果は学術誌 Nature Communicationsに掲載されている。
「チューリップポプラは、私のお気に入りの樹木の一つですが、降雨に対して非常に敏感です」とペダーソンは語る。「実際、乾燥落葉樹と見なされています。（乾燥期や干ばつ期に葉を落とす植物のことです。）1999年の干ばつの際、ニューヨーク市周辺では、一部のチューリップポプラが8月に黄色く変色し、その年の乾燥により多くの葉を落としました。2005年にはケンタッキー州で、8月の干ばつの後、毎日通勤途中に通っていた3本のチューリップポプラが、雨が戻った9月に新しい葉を出し始めました。私は驚きました。こうした観察から、この樹種は[研究対象として]適しているかもしれないと考えるようになりました。」
ペダーソンによれば、チューリップポプラは土壌中の水分量に非常に敏感である。さらに彼は、「この樹種は、米国東部の広い地域において、木材や生態系にとって重要な樹種です……[また、]私たちはアメリカシロナラも選びました。その生理的特性が異なり、樹種としての重要性があり、森林の生産性を理解するための研究対象として価値があるからです」と付け加えた。
レヴェスクも同意する。「どちらの樹種も研究対象として非常に適しています」と彼は語る。「北米東部に広く分布し、気候に敏感であるため、本研究に理想的な樹種です。」さらに、「年輪は、温度計や雨量計のような役割を果たし、非常によい方法で気候を記録しています」と付け加えた。
実際、年輪は、気候にかかわらず、水へのアクセスが毎年の森林成長に最も大きな影響を与えていることを示していた。「これらの広葉樹は成長するために水分を必要とします」とアンドリュー＝ヘイルズは語る。「湿潤な地域では水分はそれほど重要ではないと考える人もいるかもしれませんが、本研究では、現在のように非常に湿度の高い時期でも、これらの樹木は依然として水分の変動に敏感であることが分かりました。年輪で測定される安定同位体は、水分の動態を追跡する上で非常に敏感です。」
レヴェスクも同意する。「水分の利用可能性は、米国北東部、南東部、中部における温帯林の成長にとって最も重要な要因の一つです」と彼は語る。「だからといって、水分が多ければ成長も多くなるというわけではありません。湿りすぎた条件も成長を制限する要因となり得るからです。『気候にかかわらず』という表現によって私たちが意味したのは、調査地点における地域の気候条件にかかわらず、水分が樹木の成長と生産性を制限する主な要因であったということです。」
これは重要である。気候変動により、長期にわたる干ばつ、大量の降水と洪水、危険な熱波などの極端な気象現象が劇的に増加する時代が到来したからだ。したがって、過去の気候変動に関する情報をより多く得ることは、将来の森林への気候影響を予測する上で役立つ可能性がある。専門家は、森林の健全性を炭素汚染の緩和における重要な要素と見なしている。
ペダーソンは、16世紀と17世紀の干ばつは近世の干ばつよりもはるかに深刻だったと考えられていたと指摘する。しかし、気候変動によって一部の地域でより激しい降水が引き起こされたことで、初期の干ばつが比較的に深刻に見えるようになった可能性もあるという。「ただし、覚えておくべき重要な点は、今後、米国北東部と東部では降雨量が増えると予想されているものの、気候変動に伴う温暖化によって蒸発が増加し、植物への干ばつ・水ストレスも高まるということです」とペダーソンは語る。「何が起こるかは明確ではありません。」
世界の一部が湿潤化する一方で、温暖化によって夏季に地域の水分総量が減少すれば、干ばつが悪化する可能性がある、と彼は語る。あるいは、非常に湿潤になり、温暖化の上昇が降水量の増加と釣り合う可能性もあるという。さらに、降雨が減少した場合には、温暖化の上昇が樹木の干ばつストレスを増幅させる可能性があり、利用可能な水分量が変化していないように見えても、その影響は起こり得るという。
研究チームは、より多くの樹木と追加の樹種を調査し、さらに過去へとさかのぼって研究を拡大することを望んでいる。「最も長期にわたるリモートセンシングデータは1982年に始まったものであり、樹木は数世紀にわたって生きることを考えると、この種の研究は極めて重要になるでしょう」とアンドリュー＝ヘイルズは語る。
ペダーソンも同意する。「こうした研究は、これらの樹木が気候や極端な気候現象にどのように反応するかについて、多くの重要な知見をもたらすでしょう……樹木の記憶から私たちは多くを学ぶことができるのです」と彼は語る。
