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デイヴィ・ジョーンズのカーボン・ロッカー
複数の方法を比較すると、私たちの見積りが外れていたことがわかります。
気候変動を追跡するということは、(とりわけ)世界の温室効果ガス排出量の年間変化と、それに伴う大気中のCO2濃度の増加を追跡することを意味します。しかし、この2つの間には年ごとの完全な相関関係がないため、混乱を招く可能性があります。
私たちが排出するCO2は大気中に放出されますが、大気は地球の炭素循環の他の構成要素と相互作用し、それらの構成要素からCO2の一部が吸収されます。短期的には、最も重要な吸収源は海洋と陸上の生態系です。CO2は海水に溶解することで大気との平衡を保ち、陸上および海洋の光合成生物がCO2を吸収します。海流の変化や陸上の気象が植物の成長に影響を与えると、大気から吸収されるCO2の量も変化します。
これまで、この変動の主な原因は陸上の生態系であると考えられてきました。しかし、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のティム・デブリーズ氏とイースト・アングリア大学のコリンヌ・ル・ケレ氏が率いる研究チームは、海洋が果たしている役割の大きさを調査することにしました。
混乱を招く絵
陸地と海洋の吸収源の変化は、毎年の二酸化炭素増加量に大きな変動をもたらします。人為的な排出量は比較的順調に増加しているにもかかわらず、ある年には濃度が2.5ppm上昇する一方で、次の年には1.7ppm上昇することもあります。
これは特に難しい問題です。なぜなら、2つの重要な数値は互いに照合できるためです。各国の排出量を毎年推定するのは難しいため、大気中の濃度は、ある意味で、推定値が正しいことの究極の「証拠」と言えるでしょう。しかし、濃度の変化を観察するだけでは、その年の排出量を正確に知ることはできません。
大気中のCO2の年間増加量は、時間の経過とともに多少変動します。また、地球全体の排出量が増加するにつれて、徐々に増加しています。
大気中のCO2濃度の年間増加量は、時間の経過とともに若干変動します。また、世界の排出量が増加するにつれて、徐々に増加しています。(クレジット:NOAA)
毎年、研究者グループが炭素循環の様々な要素の活動に関する最新の推定値を発表し、人為的なCO2排出が全体像の中でどのように位置づけられるかを示す計算を行っています。この作業は、測定値と各国の排出量会計の推定値に基づくだけでなく、海洋と陸上の生態系のモデルシミュレーションにも依存しています。これらのモデルは、その年の気象と海洋循環パターンが、二酸化炭素の吸収にどのように影響するかを示すのに役立ちます。
もちろん、現実を完璧に表現できるモデルは存在しないので、それらの数値を確認する価値はあります。
本研究では、研究者らはこれらのモデルを、陸域と海洋の炭素循環を追跡する他の2つの方法と比較しました。1つは、海洋中の炭素量に加え、オゾン層破壊を引き起こすCFCなどの物質の測定値を取得し、独立したモデルを用いて、これらのガスが時間の経過とともにどれだけの量を海洋に取り込む必要があるかを、すべてのデータと一致する形で算出します。もう1つの方法は、海面直上の大気中と海面直下の水中のCO2の測定値を用いて、海洋がどれだけの量を吸収しているかを算出します。
モデルの比較
過去30年間のこれらの手法の結果を比較すると、いくつか興味深い点が浮かび上がります。全体的な傾向はほぼ一致しています。しかし、炭素循環の年次更新に一般的に使用されるモデルでは、10年ごとの変動は小さくなっています。他の2つのアプローチでは、1990年代と2000年代に海洋に流入するCO2量の変動が大きくなっています。
陸上の生態系も同じ方向に変動しましたが、海洋は私たちが一般的に認識していたよりも大きな影響を与えており、つまり陸上からの影響はやや少なかったことになります。
人間が化石燃料を燃やしたり森林を伐採したりすることで排出するCO2 のうち、一部は海洋や陸上の生態系に入り込み(青線)、残りは大気中に留まります(黄線)。
化石燃料の燃焼や森林伐採によって人間が排出するCO2のうち、一部は海洋や陸上の生態系に流れ込み(青線)、残りは大気中に留まります(黄線)。クレジット:DeVries et al/PNAS
1990年代には、いくつか興味深い出来事がありました。1991年のピナツボ火山の大噴火は、数年間にわたり世界中の気候に影響を与え、その間、陸地と海洋は少量の二酸化炭素を吸収しました。しかし、1990年代は太平洋でエルニーニョ現象が顕著で(1998年には極めて強力なエルニーニョ現象も発生)、海洋と陸上生態系に流入する炭素量が減少しました。
さまざまな方法により、海洋がこの変動のおよそ10パーセントを占めており、その大部分は陸上の変化によるものであることが示された。
一方、2000年代には、太平洋でラニーニャ現象が顕著だった年に、大気からの炭素吸収量が増加しました。そして、この手法では、海洋の寄与は約40%と推定されています。
どちらの場合も、年次更新に使用されたモデルでは、海洋の役割は半分(あるいはそれ以下)とされていました。年次研究ではほぼ収支が均衡していますが、炭素循環の各要素の合計と測定された大気の変化の間には常にわずかな不一致が生じます。海洋と陸域の生態系の吸収に関するモデルが十分に変化していないとすれば、おそらくそれがこの不一致の一因となっているでしょう。
今のところ、この研究は気候に興味を持つ人々が大気中のCO2濃度を理解するのに役立つでしょう。しかしそれ以上に、炭素循環が気候変動にどのように反応するかについての科学的理解を深めることは、あらゆる種類の将来予測モデルの改善に役立ちます。世界中で特定の測定がより多く行われれば、それは間違いなく容易になるでしょう。
PNAS、2019。DOI: 10.1073/pnas.1900371116 (DOI について)。

スコットは2011年からフリーランスとしてArsで地球科学とエネルギーについて執筆しています。
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