研究によれば、海洋は微細な藻類を通じて大気中のCO2を吸収しており、これらの藻類は光合成を行い、死ぬと沈んでいく。
この沈降する藻類は、それを餌とする微小生物の排泄物とともに、「海の雪」として知られている。
海の雪は、生物ポンプと呼ばれるプロセスを通じて、炭素を海の深部へと運ぶ。
この生物ポンプへの理解を深めることで、科学者は今後、海洋が気候変動にどのように反応するかをより正確に予測できるようになる。
新たな研究により、海洋が二酸化炭素を吸収する仕組みに関する理解が深まった。
海洋は、光合成を行う微細な藻類を通じて大気中の二酸化炭素を吸収し、藻類は死ぬと深海へと沈んでいく。研究者らは今回、この沈降によって分解プロセスが促進されることを明らかにした。
海洋は、地球規模の二酸化炭素のバランスにおいて重要な役割を果たしている。これは、無数の微細な藻類がそこで生息し、光合成によって二酸化炭素を吸収して自らの生物量に取り込んでいるためである。これらの藻類が死ぬと、それを餌とする微小生物の排泄物とともに、「海の雪」として深い海域へと徐々に降下していく。その二酸化炭素の約1％は、その後数千年にわたり海底に埋もれたままになる。
この絶え間なく降り注ぐ海の雪片は炭素を海の深部へと運ぶため、専門家はこれを生物ポンプと呼んでいる。このプロセスは、有機物の雪片の沈降と、細菌による分解という相反する2つの過程によって駆動される。沈降する雪片は深部への炭素の流れを増大させる一方、細菌は粒子から炭素を取り除くことによって、この流れを減少させる。
現在の海洋モデルでは、沈降速度と分解速度は互いに独立したものと想定されている。「しかし、分解プロセスが沈降によって促進されることが、今回明らかになりました」と、スイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETH Zurich）環境工学研究所のウリア・アルコロンブリ氏は、今回の研究の筆頭著者として述べている。
研究者らは調査にあたり、巧妙な手法を用いた。海中で沈降する粒子を追跡するのではなく、ミリメートル単位の大きさのアルギン酸塩粒子を個別にマイクロ流体チャンバーに入れ、その中に人工海水を送り込んだのである。「実験では、海の雪が海中を移動したのではなく、海水が海の雪の周りを流れたのです。しかし、相対的な速度は同じです」とアルコロンブリ氏は述べている。
研究者らは、遺伝子組み換えにより緑色に発光する細菌をアルギン酸塩粒子に定着させた。チャンバー内に水を流すと、これらの細菌は粒子をはるかに速く分解した。静止した水中では、分解に約10倍の時間がかかる。これは、流水が分解生成物を洗い流すため、細菌の酵素が、既に分離した分子を分解する時間を費やすことなく、粒子に直接作用できるからである。
これらの観察結果に基づき、アルコロンブリ氏と同僚のフランソワ・ポーデセルフ氏は、沈降が海の雪片の分解にどのように影響するかを考慮に入れた、生物学的炭素ポンプの新たなモデルを考案した。モデルの計算からは、2つの点が示唆される。第一に、沈降によって粒子の分解が促進されることにより、炭素ポンプの理論上の輸送効率が2分の1に低下すること。第二に、死滅した藻類の大部分は海洋の最上層で分解されること。これは、海における実際の炭素フラックスの測定結果とも整合している。
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今回のチームの研究は、生物学的炭素ポンプの性能向上を目的としたものではなかった。「私たちが関心を持っているのは、「自然のプロセス」を根本的に理解することです。生物ポンプがどのように機能するのかを知りたかったのです」とアルコロンブリ氏は述べている。「海洋が気候変動にどのように反応するかをより正確に予測するためには、これが不可欠だからです」。
その結果、海の雪の分解速度、そして間接的には大気中の地球規模の二酸化炭素濃度は、微細な輸送ダイナミクスによって決定されることが明らかになった。このことは、環境中のごく小さなものでさえ、大局に影響を及ぼしていることを改めて示している。
