海洋は、大気中のCO2を吸収する上で重要な役割を果たしている。
人為的CO2排出量の約25%は海洋に吸収されており、海洋は世界最大級の「炭素吸収源」の一つとなっている。
しかし、新たな証拠は、この数値がさらに高い可能性があることを示唆している。
海洋は地球表面の70%以上を覆っており、大気中のCO2の吸収において重要な役割を果たしている。
推計によると、人間活動によって毎年排出されるCO2の約4分の1が海洋に吸収されている。
しかし、当研究チームが最近発表したNature Communications誌の論文では、海洋による炭素の「吸収源」は、さらに大きい可能性があることを示している。
海洋の表層は、水深数メートルの水よりも著しく低温になる傾向があり、その結果、これまで考えられていたよりも大幅に多くの正味吸収が生じていることがわかった。
この知見は、私たちが排出しているCO2の計上方法に影響を及ぼす。すなわち、「自然」の吸収源によって毎年吸収されるCO2の大部分は、実際にどこへ行くのかという問題である。
正味吸収源
毎年、地球の表面は大気中から数十億トンのCO2を吸収している。海洋、植物、土壌といったこれらの自然の炭素吸収源は、人間活動による継続的な排出を緩和する役割を果たしている。
海洋が大気中のCO2を吸収するのは、大気中の濃度が上昇するにつれて、表層水に溶け込むCO2が増えるためである。その後、この水は混合により深層へ移動するか、冷却されることで沈降し、深海へ至る。吸収されたCO2は、深層の海洋内部をゆっくりと移動し、再び大気へ戻るまでの間、数百年にわたって閉じ込められたままとなりうる。
しかし、海洋が常に炭素の吸収源であったわけではない。
産業革命以前、海洋は実際にはCO2の正味の排出源であった。産業革命であった。しかし、人間の活動に起因する排出によって大気中のCO2濃度が上昇しており、現在では海洋がこの気体を吸収せざるを得なくなっている。
海洋が炭素を取り込み貯蔵する能力は、大気中のCO2の蓄積、ひいては地球温暖化の進行を抑制するのに役立ってきたが、その代償も伴っている。海洋中のCO2の増加は海水の化学組成を変化させ、この影響は海洋酸性化として知られており、海洋生物に悪影響を及ぼしている。
新たな観測
毎年、世界の炭素収支は、人類が温室効果ガス排出量の削減をどの程度達成しているか、あるいは達成していないかを把握するために評価されている。
この評価では、世界全体のCO2の発生源と吸収源を算出し、大気中のCO2濃度の変化を明らかにする。
この評価を完成させるには海洋吸収源の推計が明らかに必要であるが、その重要性は、全体の収支における他の部分にも波及的な影響を及ぼしている。
土地被覆、植生、地形、およびそれらの年々の変動が大きいため、現在、世界全体の陸域吸収源を正確に測定することは非常に困難である。この問題の解決は複雑で、込み入っている。しかし、間接的に推計することは可能である。
科学者は、人間活動に起因する排出量の総量を算出し、そのうちどれだけのCO2が大気中にとどまっているかを観測することができる。残りは陸域または海洋のいずれかに吸収されたに違いない。したがって、海洋吸収源の適切な推計によって、陸上の植生がどれだけ吸収しているかも算出できる。簡潔に言えば、海洋に入らずに消失しているCO2は、陸域に入っているに違いない。
それでも、広大な海洋に吸収される炭素を定量化することは、陸域と比べて変動が少ないものの、依然として複雑な課題である。船舶、ブイ、さらには人工衛星を含む、多様な情報源からの測定と観測が必要となる。人工衛星。
幸いなことに、欧州および国際的な協定により、人工衛星による測定データが科学者に広く提供されるようになったため、現在では衛星測定データへのアクセスがはるかに容易になりつつある。
こうした人工衛星は、海洋の気象予報を含め多くの用途があるため、適切に維持されている。一方、海水に含まれるCO2量の測定は状況が少し異なる。これらの測定は研究者によって収集された後、自発的に次のデータベースにまとめられているためである。海洋表層CO2アトラス（SOCAT）。
これらのデータは、他の観測データとともに、海洋吸収源を特定する能力の重要な基盤を形成している。毎年、100万件以上の新たな測定データがSOCATに追加されており、これは世界中の科学者が関わる膨大な努力の成果である。
海洋学者と化学者の協働
従来の推計では、海洋吸収源は年間約20億トンのCO2とされていたが、本研究の結果、それより8億～9億トン多い可能性があることがわかった。1992年から2018年までの27年間の研究期間全体では、これは世界の海洋が430億トンではなく、670億トンのCO2を吸収してきたことを意味する。
この知見の進展は、海面水温、物理海洋学、人工衛星の専門家と緊密に協力したことによる。専門家らは、人工衛星のセンサーが海洋の最表層の温度を測定しており、温度の鉛直変化は表層付近で生じていると説明した。
これは、水の最表層（その「表皮」）の温度が、その下の水よりわずかに低いことを意味する。海洋は太陽によって熱せられ、この熱を表皮からの蒸発と放射によって放出しなければならないためである。この点から、水中のCO2も表層付近で変化するに違いないと我々は認識した。表層付近でも変化する。CO2の水への溶解度は温度に強く依存するためである。
温度差は通常わずかではあるが、世界の海洋のほとんどで体系的に一方向に生じており、その結果、水中に取り込まれるCO2の量が増加している。
こうした温度特性は海洋学において十分に研究されており、学部課程でもこの理論が教えられているが、炭素に対する全体的な影響は明らかにされていなかった。
皮肉なことに、この問題は1992年に海洋炭素研究者によって一部指摘され、Nature誌に掲載されていたが、その後この情報はすべて無視されてきた。
我々の以前の研究は2010年のみを対象としていたが、今回は1992年から2018年までを対象とし、これらの学際的知見を統合したものである。今回の新たな研究では、海洋に取り込まれた炭素量を算出する独立した手法と結果が一致することが示された。
海洋炭素吸収源の拡大がもたらす影響
海洋吸収源が拡大していることは、CO2排出量が現在考えられているよりも多いこと、あるいは陸域吸収源が現在考えられているよりも小さいことを示唆している可能性がある。
吸収源は時間とともに拡大しているように見え、特に過去20年間でその傾向が顕著である。これは、大気中のCO2が急速な上昇を続けており、毎年より多くのCO2が表層水に溶解しているためだと考えている。
この点は、以下のグラフで確認できる。これらは研究期間中の海洋と大気の間のCO2交換量を、世界全体（上）と北半球および南半球（下）について示したものである。色付きの線は異なる推計値を示し、太い黒線は平均値を示している。
慣例に従い、海洋へのCO2の吸収は負の値で示しているため、下降する線は海洋がより多くのCO2を吸収していることを示す。
当研究の結果はまた、アマゾンなどの大河川からのものを含め、海洋と陸域の間の炭素交換が、年ごとにおおむね類似していると現在考えられているものの、実際にはより変動が大きいことを意味する可能性もある。
この問題の答えを特定するのは困難であるが、モデリング、人工衛星、船舶による観測の専門家が関わる学際的アプローチが必要となると考えられる。これらの新たな結果を踏まえることで、世界の炭素収支の定量化方法についても、ある程度の見直しが必要になる可能性が高い。
