水温が上がった地中海で炭酸カルシウムが結晶化、二酸化炭素が大気に放出されている:研究結果

地中海の水温上昇に伴い、炭酸カルシウムの結晶が海中に生成されているという研究結果が発表された。この現象は二酸化炭素が大気中に放出されていることを示しているが、ほかの海域でも起きれば温室効果ガスの削減に影響する可能性も指摘されている。
Mediterranean Sea
Photograph: Harris Dro/Getty Images

イスラエルの海岸に立って地中海を見渡すと、何千年にもわたって人類の命を支えてきた紺碧の穏やかな海が目に入ってくる。ところが、水面下では異変が起きている。「成層」と呼ばれる現象より、海が二酸化炭素を処理する過程の歯車が狂い始めているのだ。

陸地で囲まれている地中海のことを、液体でできたケーキであると考えてみてほしい。そこは強烈な日光によって暖められた最上層と、その下の冷たい層に分かれている。

海水の温度が低い海水の層には二酸化炭素が溶け込んでおり、人間が大気中に排出する炭素の4分の1がこの層によって吸収される。ところが、夏に東地中海の海温が上昇すると、温室効果ガスを吸収する代わりに放出されてしまう。これは炭酸飲料で起きる現象と同じだ。

「普通は炭酸飲料を冷やしておきますよね。そうすれば、二酸化炭素は液体に溶け込んだままです」と、ドイツのミュンスター大学で地球科学を研究するオル・ビアリクは説明する。「炭酸飲料のボトルをクルマの中にしばらく置いてからふたを開けようとすると、二酸化炭素は一気に抜けてしまいます。温度が上がると、液体が二酸化炭素を保持できる量が少なくなってしまうからです」

温まった炭酸飲料を開けたら、一気に噴き出して大変なことになるだろう。

海で炭酸カルシウムが結晶化する理由

東地中海で起きている現象は、クルマが炭酸飲料で汚れることよりもはるかに甚大な影響をもたらす。水温の上昇により、閉じ込められなくなった二酸化炭素が海水から放出されているからだ。

こうしたなか、ビアリクらの研究チームは、水温が上がって層状になった海水が二酸化炭素に関する新たな問題を引き起こしていることを突き止めた。セジメントトラップ(時系列式沈降粒子捕集装置)と屋ばれる装置で堆積物を採取したところ、そこにはアラゴナイトの結晶が含まれていることを発見したのである。

アラゴナイトは炭酸カルシウムの形態のひとつだ。巻貝などの海洋生物は、カルシウムイオンと炭酸イオンを結合させた炭酸カルシウムで、アラゴナイトの殻をつくる。だが、水温の上昇が続く東地中海で採取されたアラゴナイトは、生物によってつくられたものではない。こうした事例も、水温が高くなって水中の二酸化炭素が放出されている実情を示している。

そもそも、東地中海のように高温で浅くて海流が穏やかな海域では、暖かい上層の海水と冷たい下層の海水はあまり混ざらない。これに対して水深が深い海域では、深層の冷たい海水が上昇流によって湧き上がる。

「海水から非生物的な炭酸カルシウムの結晶が生じるほど、東地中海の状況が極端だったのです。これはとても衝撃でした」と、このほど学術誌『Scientific Reports』に掲載された論文の共著者でもあるビアリクは語る(この研究はマルタ大学とハイファ大学が手がけた)。「東地中海の状況は、結晶を生成するために長いこと放置されたビーカーのようなものなのです」

これは、子どものころに砂糖を使ってやった実験と似ている。まず、大量の砂糖を水に溶かして飽和させ、容器の中に糸を垂らして放置する。しばらくすると、糸に砂糖の結晶が集まって大きな塊になるわけだ。

この実験と同じように、地中海の水温が上がって海水が層状になると、炭酸カルシウムが飽和状態に陥ってしまう。ビアリクらは、非生物的なアラゴナイトがどのように生成されるのか正確には掴めていない。だが、近くの陸地から飛んできた砂塵などを中心に、アラゴナイトが結晶化される可能性がある。砂糖水に垂らした糸の非常に小さいバージョンというわけだ。

また、地中海がマイクロプラスチックで汚染された世界有数の海のひとつであることも、考慮したほうがいいだろう。厚さわずか5cmしかない1平方メートルの堆積物に200万個の粒子が含まれていたことが、科学者によって2020年に報告されている。水中に浮遊するマイクロプラスチックの周りにアラゴナイトの結晶が生成されるかどうか、ビアリクらは把握できていないという。

「恐らく何でも核にしてしまい、結晶をつくれるのでしょう」と、ビアリクは推測する。「マイクロプラスチックも結晶の核になりうる物質のひとつではないかと考えています。はっきりとしたことを言うには、科学者たちがいつも言うようにさらなる研究が必要です」

とはいえ、アラゴナイトの結晶がつくられると、海水から二酸化炭素が放出されることが現時点で明らかになっている。ビアリクの計算によると、地中海から大気中に放出される二酸化炭素の15%は、この現象が影響しているようだ。

海洋酸性化とは真逆の状態

水温が上昇すると、二酸化炭素を保持できる量が少なくなり、大量の結晶が生成される。このせいで水中の二酸化炭素が減少し、海の酸性度は下がる。

これは広範囲で起きている海洋酸性化とは真逆の状態だ。海洋酸性化とは、人間が大気中に放出する二酸化炭素の量が増えると海が吸収する量も増え、化学反応によって酸性度が高まる現象のことを指す。

サンゴや巻貝を始めとする石灰化生物は、海水の酸性化によって炭酸カルシウムで殻や外骨格を形成することが難しくなる。だが、地中海では海水温が上がることで、吸収した二酸化炭素が再び大気に放出され、酸性からアルカリ性の海水になってしまう。

これは石灰化生物にとって望ましい環境のように思えるが、必ずしもそうとは言えない。「サンゴや巻貝の多くは、特定の水温でないと殻をつくることができません。熱すぎても冷たすぎてもいけないのです」と、ビアリクは語る。

つまり、水温の上昇とともに酸性度が下がったとしても、高くなった水温が生物に別のストレスを与えているのだ(極端な量のマイクロプラスチックに常に晒されるストレスは言うまでもない)。

地中海の環境は“異質”なのか?

世界中の海でアラゴナイトの結晶がつくられているかどうかは、定かではない。しかし科学者たちは、炭酸カルシウムが沈殿して海を乳白色に変える「ホワイティングイベント」と呼ばれる現象を、バハマ諸島の周辺やペルシャ湾で確認している。

ただし、東地中海でビアリクたちが調べたところ、明らかなホワイティングイベントは見られなかった。その代わり、採取した堆積物から結晶が偶然に見つかったというわけだ。

「東地中海は、アラゴナイトの生成に必要だった数々の条件が揃っている、やや独特な地域です」と、カリフォルニア州にあるスクリップス海洋研究所で海洋科学を研究するアンドリュー・ディクソンは語る。この研究にディクソンは参加していない。「問題は、その環境が実際どれだけ特殊なのか、それともほかの海でも一般的に見られる環境なのかということです。これに関してわたしは、まだ納得できるような答えは出せていません」

東地中海の環境は、ほかの海と比べると異質なのかもしれない。このためディクソンは、アラゴナイトが生成されていることは、あまり一般的な現象ではないという考えに傾いているという。

これに対してビアリクは、この現象がどこで生じようとも気候の問題を引き起こす可能性があると指摘する。アラゴナイトの結晶がつくられると、海水から大気中に二酸化炭素が放出される。その結果、海洋による大気中の温室効果ガスの削減に影響する恐れがあるのだ。

「わたしたちは、この現象のことをまだ理解しているとは言えません。それに何がこの現象の引き金になっており、どう止めればいいのかも解明できていないのです」と、ビアリクは語る。「こうした現象が、地中海という大きな規模で起きているとは思いもしませんでした。この現象を完全に理解するには、多くのことを突き止めなくてはなりません」

WIRED US/Translation by Yumi Muramatsu/Edit by Naoya Raita)

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