北半球の高地に広がる凍土には、何十億トンもの炭素が存在しています。

地球の気温が上昇するにつれ、この「永久凍土」地が解けるリスクが高まっており、長い間保持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。

永久凍土の急激な解氷は、温暖化した世界で越える可能性のある「ティッピング ポイント」として最も頻繁に議論されていることの1つです。 しかし、この融解はすでに進行しているものの、気候変動の緩和によって遅らせることができることを、研究は示唆しています。

しかし、不可逆的なのは、排出された-そして排出されつつある-炭素が外に出てしまうことです。

要するに、北極で起こったことは北極に留まらないのです。

永久凍土と地球気候

永久凍土は、少なくとも2年連続で凍結した地面のことです。 その厚さは、1メートル未満から1キロメートル以上までさまざまです。 一般的には、毎年融解と再凍結を繰り返す「活性層」の下にあります。

温暖化により、この永続的に凍結している地面は危険にさらされています。 気温が上昇すると、永久凍土は融解します。

簡単な例えがあります。氷の塊と凍った鶏肉を冷凍庫から出したらどうなるか比較してみましょう。 室温では、前者は溶けて小さな水溜りができていますが、鶏肉は解凍されて生の鶏肉が残っています。 やがてその鶏肉は腐敗し始めます。

これはまさに、気温が上昇すると永久凍土に起こることなのです。 北半球の陸地の4分の1は永久凍土で覆われています。永久凍土は地球の巨大な冷凍庫のような役割を果たし、膨大な量の有機物を凍らせたままにしています。 Credit: Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, and E.S. Melnikov, eds.1997年. 永久凍土と地表氷の状態に関する北極圏の周回地図。 このため、このような環境下でも、「環境問題」を解決することができる。 Circum-Pacific Map Series CP-45, scale 1:10,000,000, 1 sheet.

この有機物には、何千年も前に土壌に蓄積し永久凍土となった、死んだ植物、動物、微生物の残骸が含まれる。

アラスカ州フォックス近くの永久凍土トンネルにおける古代の骨（左画像）と有機物を含む永久凍土（右画像）. Credit: C. Schädel

北極の気温は、世界平均の2倍以上の速さで上昇しています。 このため、各地で永久凍土が融解し、新たに目覚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CO2の28-36倍もの効力を発揮します。 しかし、大気中にはメタンよりCO2の方が多く、メタンは10年程度のタイムスケールでCO2に酸化されます。

永久凍土からの炭素放出

では、永久凍土は将来の炭素放出にどのような役割を果たすのでしょうか。

科学者たちは、永久凍土には、大気中を循環する炭素の約 2 倍の量が貯蔵されていると見積もっています。 これは、約 14600 億～1600 億トンの炭素です。

そのほとんどは現在凍結して保存されていますが、ほんの一部でも大気中に放出されれば、排出量は大きくなり、森林破壊などの他の環境フラックスによる炭素放出と同じ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の燃焼による排出量に比べると、1桁ほど小さくなるでしょう。 それでも、大気中に二酸化炭素やメタンが1分子増えるごとに気候変動が加速され、地球全体とその気候に影響を及ぼします。

私たちの現在の知識では、永久凍土からの炭素放出は、大気中に炭素を継続的に加える、緩やかで持続的なプロセスであり、したがって温暖化をさらに強化する。 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の条件の 1 つを満たしています。

しかし、最近の研究では、気温上昇が減速して停止すれば、永久凍土の融解も減速し、停止して、さらなる排出を制限できるかもしれないことが示唆されています。 とはいえ、これにはある程度の時間がかかるでしょう。 永久凍土の融解は、重い貨物列車のようなもので、一度動き出したらすぐに止めることはできない。 一度動き出したら、すぐに止めることはできませんし、ブレーキをかけたとしても、しばらくは走り続けるでしょう。 9098>

このことは、グリーンランド氷床の融解のようないくつかの転換点のように、永久凍土全体が完全に新しい状態に移行するわけではないことを示唆しています。

しかし、現状では、永久凍土の融解はすでに北極の多くの場所で観察されています。 そして、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）による最近の海洋と雪氷圏に関する特別報告書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かなりの排出が起こるだろう。

「2100年までに、表面近くの永久凍土の面積はRCP2.6で2～66％、RCP8.5で30～99％減少する。 これにより、RCP8.5では10～100ギガトンもの炭素がCO2やメタンとして大気中に放出され、気候変動を加速させる可能性がある。”

永久凍土の炭素放出に確実性を持たせる方法

気候変動に対する永久凍土の炭素の究極の貢献は、例えば、どれだけの炭素がCO2やメタンとして出てくるのか、植物や木が追加の炭素放出の一部をどれだけ相殺できるのかなど、様々な要因に依存します。”

永久凍土劣化には、徐々にトップダウンする融解や融解土壌の突然の崩壊などが考えられます。 どちらの過程でも、大気中に炭素が放出される。 漸進的なトップダウンの融解は、気温の上昇によって土壌がトップダウンで融解する結果であり、一方、突然の融解は突然、予測不可能に起こる。

永久凍土は80%まで氷を含むことができます。 氷が溶けると-土は溶けなくても氷は溶けることを忘れないでください-地盤が突然崩れ、深い層が気温にさらされることになるのです。

地盤が崩壊すると、雪解け水、雨、雪で満たされた「サーモカルスト」湖が地表にポツポツとできます。 これらの湿った条件は、より強力な温室効果ガスであるメタンの放出を促進する可能性があります。 Credit: A. Balser

高地では、永久凍土が解けた後、自然の排水がより乾燥した土壌状態を作り出し、それによって有機物の分解が加速され、大量のCO2が放出されるのです。 永久凍土からの炭素放出の最終的な影響は、永久凍土帯のより多くの割合が融解後に乾燥することでより強くなる。

融解後に景観のどの部分が湿潤化または乾燥化するかは、地表氷の分布に依存するが、現在の氷の測定は散発的で、より良い空間的範囲とより最新の測定が緊急に必要である。 問題は、永久凍土の融解による炭素放出が、植物の成長増加によってどれだけ相殺されるかである。 植物は大気から炭素を取り込み、それを使って成長し、代謝を維持する。

北極の暖かい条件とそれに関連するすべての変化が植物の成長を刺激するので、永久凍土の融解によって大気に加えられた炭素の一部は、植物の成長を後押しすることによって取り込まれることを意味します。 しかし、どれだけの炭素が植物によって相殺されるかは不明であり、このプロセスがどの程度持続するかも不明である。

永久凍土の炭素放出に関するモデル予測を改善することは、永久凍土の融解が地球気候に与える全体的影響を決定する上で非常に重要である。 カナダの北極圏からの最近の結果は、永久凍土の融解が、現在のモデル予測に基づく科学者の予想よりもずっと早く起こっていることを示している。

今のところ、モデルはトップダウン式の緩やかな融解しか考慮していませんが、最近の推定では、急激な融解と土壌の崩壊により、永久凍土からの炭素放出が2倍になる可能性があることがわかりました。

メタンハイドレート

永久凍土の融解と同列に語られることが多いのが、「クラスレート」としても知られるメタンハイドレートの分解に関連する潜在的な危険性である。 これは、大陸縁の海成堆積物や永久凍土の中や下にある低温高圧で形成されるメタンの「氷」である。

特に懸念されるのは、ロシア北部の浅い沿岸地域である東シベリア北極棚（ESAS）の下に貯蔵されているメタンハイドレートである。 永久凍土の融解がこのメタンを放出し、海水から湧き出していることが研究で示唆されています。 このため、大量のメタンが放出されると「気候システムに壊滅的な影響を与える」と警告する研究が行われ、「メタン・タイムボム」が差し迫っているとメディアで報道されたのである。