JOIDES Resolutionは、石油掘削装置と貨物船を組み合わせたような奇妙な外見をしている。 実は、海洋科学者が海底の堆積物を掘り起こすために使う調査船なのだ。 2003年、大西洋の南東部を航海していたジョイデス・レゾリューション号は、特に目を見張るような収穫を得ました。 ドリルの中の最も古い堆積物は白かった。 それは単細胞生物の炭酸カルシウムの殻で、ドーバーの白い崖を構成しているのと同じ種類の物質である。 しかし、科学者たちが5500万年前の堆積物を調べたところ、地質学的に瞬く間にその色が変化したのです。
「この白い堆積物の真ん中に、赤い粘土の大きな栓があります」と、ブリストル大学の地球科学者であるアンディ・リッジウェルは言います。
つまり、深海の貝の生物の広大な雲は、事実上消滅していたのです。 現在では多くの科学者が、この変化は海のpHレベルの急激な低下によって引き起こされたと考えています。 海水が腐食し、炭酸カルシウムを体内に持つ貝類を食い荒らしたのだ。 この危機から海が回復し、海底が赤から白に変わるまで、何十万年もかかったのである。
二酸化炭素を海洋に貯留することは、海水の化学的性質を変化させるという大きな代償を伴います。
本日、同じくブリストル大学のリッジウェルとダニエラ・シュミットは、5500万年前に海洋で起こったことと、現在の海洋が経験していることを比較する研究を学術誌『ナチュラルジオサイエンス』に発表します。 彼らの研究は、他の研究者が長い間疑ってきたことを裏付けています。 今日の海洋の酸性化は、地質学者が過去6500万年間の化石記録から発見したどのようなものよりも大きく、速いのです。 実際、その速度と強度は、現在の海洋酸性化は、5500万年前の大量絶滅に先立つ速度の10倍で起こっているとリッジウェルは推定しており、多くの海洋生物、特に深海に生息する生物に破滅をもたらすかもしれないのである。
「これは、ほとんど前例のない地質学的な出来事です」と、リッジウェルは言います。
私たち人間が化石燃料を燃やすと、二酸化炭素が大気中に放出され、そのガスが熱を閉じ込めるのです。 しかし、その二酸化炭素の多くは空気中にとどまりません。 その代わり、海に吸い込まれるのです。 もし海がなければ、地球は今よりずっと暖かくなっていただろうと気候科学者は考えています。 海が二酸化炭素を大量に取り込んだとしても、過去10年間は、現代の記録が始まって以来、最も暖かい時期だった。 海の表面では、海水は通常、pH8～8.3程度になります。 ちなみに、純水のpHは7、胃酸は2程度です。 液体のpH値は、正電荷を帯びた水素原子がどれだけ多く浮遊しているかで決まります。 水素イオンが多いほど、pHは低くなります。 二酸化炭素が海に入ると、水と反応してpHが下がります。
産業革命以降、私たちが大気中に投入した二酸化炭素は、海のpH値を0.1だけ下げました。 それは小さなことのように思えるかもしれませんが、そうではありません。 pHスケールは対数であり、pH5の液体にはpH6の液体の10倍、pH7の液体には100倍の水素イオンが存在することになります。 その結果、pH単位が0.1下がっただけで、過去2世紀で海の水素イオン濃度が約30％上昇したことになります。
海洋酸性化が海の生物にどのような影響を与えるかを見るために、科学者たちは、異なるpHレベルの生物を飼育する実験室実験を行いました。 その結果、特にサンゴや有孔虫と呼ばれるアメーバ状の生物など、炭酸カルシウムで骨格を作る種について、心配なことがわかりました。 低pHの海水中の余分な水素は炭酸カルシウムと反応し、動物が殻を作るのに使えない他の化合物に変えてしまいます。
これらの結果は、科学者が研究する特定の種だけでなく、それらが生息する生態系にとっても憂慮すべきものです。 これらの脆弱な種の中には、海洋の生態系全体にとって重要なものもあります。 小さな殻を作る生物は、軟体動物や小魚などの無脊椎動物の餌となり、その無脊椎動物が大きな捕食者の餌となるのです。 サンゴ礁は海中の熱帯雨林を形成し、海洋の生物多様性の4分の1を育んでいるのです。
しかし、数日または数週間の実験室での実験だけでは、海洋酸性化が地球全体にどのような影響を及ぼすかを科学者に伝えることはできないかもしれません。 「より多くの情報を得るための1つの方法は、海自体の歴史を見ることであり、これはリッジウェルとシュミットが彼らの新しい研究で行ったことです。 一見したところ、その歴史は私たちが何も心配する必要がないことを示唆しているかもしれません。 億年前の大気中には5倍以上の二酸化炭素があり、海のpHは0.8低くなっていた。 しかし、有孔虫などのために炭酸カルシウムは十分にあった。 実際、この時期に貝殻を作る海洋生物が、やがてドーバーの白い崖となる石灰岩の地層を作り出しました。
しかし、1億年前の地球と現在の地球には決定的な違いがあります。 当時は、二酸化炭素の濃度は数百万年かけて非常にゆっくりと変化していました。 そのゆっくりとした変化が、地球の化学的性質に他のゆっくりとした変化を引き起こしたのです。 例えば、二酸化炭素の増加によって地球が温暖化すると、降雨量の増加によって山から海へ多くの鉱物が運ばれ、海水の化学組成を変化させる。 pH が低くても、海にはサンゴや他の種が生存するのに十分な溶存炭酸カルシウムが含まれています。
しかし、今日、私たちは地球の歴史上まれな速度で大気中に二酸化炭素を溢れさせているのです。
科学者たちは、現在の炭素の衝撃に地球がどう反応するかの手がかりとなるような歴史の時代を、化石の記録から探ってきました。 彼らは、5,500万年前にも、地球が同じような変化を遂げたことを発見しました。 ペンシルベニア州立大学のリー・カンプ教授と彼の同僚は、約1万年の間におよそ6兆8000億トンの炭素が地球の大気中に入り込んだと推定している。
何がそのすべての炭素を解き放ったのか、誰もはっきりとは言えませんが、それは気候に劇的な影響を及ぼしたようです。 気温は摂氏5～9度（華氏9～16度）の間で上昇しました。 しかし、この古代の大災害（暁新世-新世熱最大期、PETMとして知られる）は、今日の地球で起こっていることの完全な前日譚ではありませんでした。 炭素爆弾が爆発する前の気温はもっと高く、海のpHは低かったのです。 大陸の配置も違っていた。 その結果、風が異なるパターンで吹き、海を異なる方向へ走らせたのです。
これらの要因が、海洋酸性化の影響に大きな違いをもたらしているのです。 例えば、低いpHが骨格を作る生物に与える影響は、海の圧力と温度によって異なります。 海のある深さ以下では、水はとても冷たくなり、圧力も高くなるので、殻を作る生物のために炭酸カルシウムが残らなくなります。
私たちの炭素燃料文明は、地球上のあらゆる場所-水中深くにさえ-に影響を与えています。
PETMと今日を有意義に比較するために、リッジウェルとシュミットは両方の時点の海の大規模シミュレーションを構築しました。 彼らは5,500万年前の地球を仮想的に作り、安定した状態になるまでシミュレーションを実行させた。 その結果、シミュレーションした海のpH値は、5500万年前の実際の海のpHの推定値の範囲内に収まった。 次に、大陸の配置や平均気温などの変数が現在のものと同じになるように、現代の地球を構築した。 そして、現代の地球を安定した状態にしてから、海のpHを調べました。 そして、リッジウェルとシュミットは、これらのシミュレーションされた両方の海に、二酸化炭素を大量に注入して揺さぶりをかけました。 彼らは1万年間で6兆8千億トンの炭素をPETMの世界に加えました。 また、将来の炭素排出量を保守的に予測すると、数世紀で2.1兆トンの炭素が現代の世界に追加された。 次にRidgwellとSchmidtは、そのモデルを使って、異なる深さの海洋で炭酸塩がどれだけ容易に溶けるかを推定した。 RidgwellとSchmidtは、海洋酸性化が5500万年前と比べて現在約10倍の速さで起こっていることを発見した。 また、モデルによると、5500万年前に飽和水平線が1500メートルまで上昇したのに対し、2150年には平均550メートルまで跳ね上がります。
PETMは、深海で広範囲な絶滅を引き起こすのに十分強力だったのです。 今日のより速く、より大きな海洋の変化は、新たな絶滅の波をもたらすかもしれない。 古生物学者は、PETM前後の表層水において、サンゴや他の炭酸系種が大規模に絶滅した兆候を発見していない。 しかし、今日の海洋酸性化は非常に強力なので、浅瀬の生物にも影響を与えるかもしれない。 「エール大学の古海洋学者であるエレン・トーマスは、この新しい論文は「海洋酸性化に関する私たちの考えにとって非常に重要である」と述べています。 しかし、彼女は、海洋の生物は、pHの低下以上のものに振り回されていたと指摘しています。 「しかし、彼女は、海の生物はpHの低下だけでなく、それ以上のものに振り回されていたと指摘する。「私は、それが答えのすべてだとは確信していません。 海水温は上昇し、酸素濃度は低下した。 これらの変化が5500万年前の海の生物学に複雑な影響を及ぼしたのである。 リッジウェルのような科学者の研究によると、炭素を燃料とする私たちの文明は、地球上のあらゆる生物に影響を及ぼしています。 「私たちの行動の範囲は、実に地球規模に及ぶ可能性があります」と、リッジウェルは言います。 今後数世紀の間に形成される海洋堆積物は、海洋酸性化によって深海の生態系が破壊され、白い炭酸カルシウムから赤い粘土に戻る可能性は十分にあるのだ。
「何億年後の人々にも、私たちの文明を特定できる何かを与えるでしょう」と、リッジウェルは言います。