永久凍土が融解すると、蓄積されていた炭素が大気中に放出される可能性があります。
気候変動の緩和策には、この融解と、それに続く排出を遅らせたり、止めたりする可能性があります。
永久凍土の融解が地球気候に及ぼし得る影響を理解するには、モデルの改善が不可欠です。
北半球の高緯度地域に広がる凍土には、数十億トンの炭素が蓄えられています。
地球の気温が上昇するにつれ、こうした「永久凍土」は融解の危険性が高まり、長年蓄積されてきた炭素が大気中に放出される可能性があります。
急激な永久凍土の融解は、温暖化する世界で臨界点に達する可能性があるとして、最も頻繁に議論される「ティッピングポイント」の一つです。しかし、研究によると、融解はすでに進行しているものの、気候変動の緩和策によってその速度を遅らせることができます。
しかし、不可逆的なのは、これまでに排出された、そして現在も排出されている炭素が逃げ出すことです。永久凍土から放出された炭素は大気中に入り、そこにとどまって地球温暖化を悪化させます。
つまり、北極圏で起きることは、北極圏だけにとどまりません。
永久凍土と地球気候
永久凍土とは、少なくとも2年連続して凍結している地盤です。厚さは1メートル未満から1キロメートル超までさまざまです。通常、毎年融解と再凍結を繰り返す「活動層」の下にあります。
温暖化する気候は、年中凍結しているこの地盤を危険にさらします。気温が上昇すると、永久凍土は融けます。氷のように「溶ける」のではありません。
簡単な例えで考えてみましょう。冷凍庫から取り出した氷と冷凍の鶏肉に何が起きるかを比べます。室温では、氷は溶けて小さな水たまりになりますが、鶏肉は解凍され、生の状態になります。やがて、その鶏肉は腐り始めます。
気温が上昇すると、永久凍土にもまさに同じことが起こります。北半球の陸地の4分の1は永久凍土に覆われています。永久凍土は地球の巨大な冷凍庫のように働き、大量の有機物を凍った状態に保っています。
この有機物には、数千年前に土壌に蓄積し、永久凍土に凍結された植物、動物、微生物の遺骸が含まれます。
北極圏の気温上昇速度は、世界平均の2倍を超えています。その結果、多くの場所で永久凍土が融解し、新たに活動を始めた微生物が有機物を分解して、CO2やメタンを大気中に放出しています。
どちらも温室効果ガスですが、メタンは100年間で見るとCO2の28～36倍の温室効果があります。一方、大気中にはメタンよりCO2のほうが多く、メタンは約10年の時間尺度で酸化されてCO2になります。したがって、長期的な気候変動に本当に重要なのは、大気中のCO2濃度の変化です。
永久凍土からの炭素放出
では、永久凍土は将来の炭素排出にどのような役割を果たすのでしょうか。急速な融解を引き起こすティッピングポイントはあるのでしょうか。
科学者らは推定しています。永久凍土に蓄えられた炭素は、大気中を循環する炭素の約2倍に上ります。その量はおよそ1兆4,600億～1兆6,000億トンの炭素です。
その大部分は現在、凍結して保たれています。しかし、ほんの一部でも大気中に放出されれば、その排出量は大きくなる可能性があります。森林破壊など、ほかの環境由来の炭素フラックスに匹敵する規模になる可能性があります。
それでも、今世紀末までの化石燃料燃焼による排出量より1桁程度小さいでしょう。それでも、大気中に加わるCO2やメタンの分子が一つ増えるごとに気候変動が加速し、地球全体とその気候に影響を及ぼします。
現時点での知見では、永久凍土からの炭素放出は緩やかに続くプロセスであり、炭素を絶えず大気中に加え、温暖化をさらに強めています。
永久凍土中の有機物が分解してCO2やメタンを放出してしまえば、それを元に戻すことはできません。この意味で、永久凍土の融解は不可逆的であり、ティッピングポイントの定義を満たす条件の一つに該当します。
しかし、最近の研究によると、気温上昇が鈍化して止まれば、永久凍土の融解も遅くなり、最終的には止まる可能性があり、さらなる排出を防ぐことができます。
このことは、グリーンランド氷床の融解など一部のティッピングポイントのように、永久凍土全体がまったく新しい状態へ移行するわけではないことを示唆しています。そのため、地球温暖化を止めることができれば、さらなる排出を防ぐことが可能です。
しかし、現状では永久凍土の融解が北極圏の多くの場所ですでに確認されています。また、最近発表された海洋・雪氷圏に関する特別報告書で、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）が指摘しているように、今世紀の温暖化によって永久凍土から相当量の排出が生じます。
2100年までに、地表近くの永久凍土の面積は、RCP2.6では2～66％、RCP8.5では30～99％減少します。RCP8.5では、これにより炭素がCO2やメタンとして数十～数百ギガトン大気中に放出され、気候変動を加速させる可能性があります。
永久凍土からの炭素放出をより正確に見積もるには
永久凍土由来の炭素が気候変動に及ぼす最終的な影響は、さまざまな要因によって決まります。たとえば、炭素のうちどれだけがCO2またはメタンとして放出されるか、また、植物や樹木が追加の炭素放出をどれだけ相殺できるかです。
永久凍土の劣化は、上部から徐々に融解する場合と、融解した土壌が突然崩壊する場合があります。どちらのプロセスも炭素を大気中に放出します。
緩やかな上部からの融解は、気温上昇によって土壌が上から下へ融けることで起こります。一方、急激な融解は突発的かつ予測不能に起こります。
永久凍土は最大80％の氷を含むことがあります。氷が融けると（土壌は融けませんが、氷は融けることを忘れないでください）、地盤は突然崩壊し、深い層が外気温にさらされます。
地盤が崩壊すると、地表にはサーモカルスト湖のくぼみが点在することがあります。湖は融けた氷の水や雨水、雪で満たされます。こうした湿潤な環境は、より強力な温室効果ガスであるメタンの放出を促す可能性があります。
高地では、永久凍土の融解後に自然排水によって土壌が乾燥し、有機物の分解が加速して大量のCO2が放出されます。最終的な影響は、永久凍土からの炭素放出がより大きくなるのは、融解後に永久凍土帯のより広い範囲が乾燥する場合です。
融解後に地表のどの程度が湿潤化または乾燥するかは、地中氷の分布によって決まります。しかし、現在の氷の測定は散発的にしか行われておらず、より広範囲を網羅した最新の測定が緊急に必要です。
永久凍土帯の炭素収支を左右するもう一つの重要な要因は、植物による炭素吸収です。融解する永久凍土からの炭素放出は、植物の成長促進によってどれだけ相殺されるのでしょうか。植物は大気中から炭素を取り込み、成長や代謝の維持に利用します。
北極圏の温暖化と、それに伴うさまざまな変化は、植物の成長を促します。そのため、永久凍土の融解によって大気中に加わる炭素の一部は、植物の成長促進によって吸収されます。しかし、植物がどれだけの炭素を相殺するのか、またこのプロセスがどれだけ持続するのかは明らかではありません。
永久凍土の融解が地球気候に及ぼす全体的な影響を判断するには、永久凍土からの炭素放出に関するモデル予測の改善が極めて重要です。カナダ北極圏での最近の観測結果から、現在のモデル予測に基づいて科学者らが想定していたよりも、はるかに早い時期に永久凍土の融解が起きていることが分かりました。
現時点でモデルが考慮しているのは、上部からの緩やかな融解だけです。しかし、最近の推計によると、急激な融解と土壌の崩壊によって、永久凍土からの炭素放出量が倍増する可能性があります。一つ明らかなことがあります。北極圏の気温上昇が抑えられるほど、永久凍土はより多く凍結したまま保たれ、より多くの炭素が永久凍土に閉じ込められたままになります。
メタンハイドレート
永久凍土の融解とともによく取り上げられるのが、メタンハイドレート（「クラスレート」とも呼ばれます）の分解に伴う潜在的な危険です。これは、低温・高圧のもとで大陸縁辺の海底堆積物、または永久凍土の中や下に形成されるメタンの「氷」です。
とりわけ懸念されているのは、ロシア北方に広がる浅い沿岸域、東シベリア海棚（ESAS）の下に貯蔵されているメタンハイドレートです。研究では、永久凍土の融解に伴ってメタンが放出され、海水中を泡となって上昇し、海面へ出てくる可能性が示唆されています。これを受けて、研究は大量のメタンが放出されれば「気候システムに壊滅的な影響」を及ぼす可能性があると警告し、メディア報道では差し迫る「メタン時限爆弾」が取り上げられています。
話を聞いたキャロリン・ラッペル博士は、米国地質調査所のガスハイドレート・プロジェクトの主任科学者です。彼女によると、メタンハイドレートには地球上のメタン由来炭素のおよそ6分の1が閉じ込められており、一部の鉱床は、気候が温暖化するなか、実際にすでに劣化しつつある可能性があります。ただし、彼女は次のように述べています。
ガスハイドレートの劣化で放出されたメタンが海に達しても、その大部分は水柱中のバクテリアに消費され、大気中には到達しないでしょう。永久凍土地域では、劣化するガスハイドレートは通常、地中深くに埋まっています。そのため、温室効果ガス排出への寄与は、ガスハイドレートより永久凍土の融解のほうが大きいのです。
ラッペル氏によると、「海底永久凍土が融解している地域では、北極圏の大陸棚から相当量のメタンが漏れている可能性がある」一方で、「研究によれば、フラックスの速度はおそらく過大評価されており、漏出するメタンの最も可能性の高い発生源は、融解するガスハイドレートではありません」。彼女はさらにこう述べています。
永久凍土に伴うハイドレートは広く分布しているわけではなく、大気中に漏れ出しやすい、より浅い場所にあるメタン源よりも深い位置に存在することがよくあります。
したがって、最新の研究によれば、融解するハイドレートからのメタン爆弾が差し迫っているわけではありません。しかし永久凍土については、融解がすでに進行しており、そこから放出される炭素が、すでに気候を温暖化させていることが科学的に示されています。
