Losses outlast gains in Northern Hemisphere tree growth under climate change

森林は地球の肺であり、二酸化炭素を吸収して木材の中に蓄えることで、地球の温度調節に貢献しています。しかし、樹木は静止した機械ではありません。周囲の天候に応じて成長が速まったり遅くなったりする、生き物なのです。空気が温かく湿っているとき、多くの樹木はよく成長します。しかし、暑すぎたり乾燥しすぎたりすると、彼らは苦境に立たされます。科学者たちは、気候変動がこうした条件を変化させていることを古くから知ってきましたが、大きな疑問は、今世紀が進むにつれて世界の森林が最終的に増えるのか、それとも減るのかということでした。その答えは、もどかしいほどに混迷していました。寒冷な地域では温暖化が樹木の成長を助けるように見える一方で、暑く乾燥した地域では、同じ温暖化が樹木を窒息させてしまうようです。これらの局所的な影響が異なる方向へと引き合うため、北半球全体としての全体的な傾向を見極めることは困難でした。

ヘブライ大学とスイス連邦森林・雪・景観研究所の研究者による新しい研究は、数千の森林にわたる大局的な視点を持つことで、この混乱を打破しました。彼らは、1902年まで遡る1,200万件以上の個別の樹木成長測定値を代表する、北半球全域の4,110の異なる地点からの膨大な年輪記録を集めました。研究者たちは、樹木が単純で直線的な方法で気候に反応すると仮定するのではなく、コンピュータモデルを使用して、データから直接、気候と成長の間の複雑で曲線的な関係を学習させました。そして、このモデルに将来の気候予測を投入し、世界が温暖化し続ける中で森林がどのように反応するかを検証しました。その結果は、明確でありながら、厳しい方向性を示しています。北半球全体で見ると、樹木の成長は全体として減少すると予測されています。さらに重要なことに、この研究は、こうした変化が時間の経過とともにどのように展開されるかにおいて、著しい非対称性があることを明らかにしています。一度森林が気候ストレスによる損失を被り始めると、その損失は定着する傾向があります。しかし、成長の恩恵は一時的なものです。

研究者たちは、一部の地域では成長の一時的なブーストが見られるかもしれないものの、こうした改善が長く続くことは稀であることを見出しました。対照的に、成長が減少し始めると、回復することはほとんどありません。中程度の気候シナリオの下では、成長の大幅な低下を経験した地点の90パーセントが、依然としてその減少に苦しんでいました。一方、一時的な成長の増加を見せた地点のうち、その恩恵を維持できたのは約56パーセントに過ぎませんでした。このパターンは、地中海から北欧に至るまで、十分にサンプリングされたすべての地域で当てはまり、高排出シナリオの下では、永続的な損失と消えゆく恩恵との間の格差はさらに広がりました。この研究は、森林が単に好調な年と不調な年の間を行き来しているのではなく、着実に下方へと引き寄せられていることを示唆しています。

この減少の背後にある原動力は、気温の上昇と、大気の「渇き」の増大の組み合わせです。空気が暖かくなると、より多くの水分を保持できるようになり、高い「飽差（蒸気圧欠差）」が生じます。これは、空気が土壌や樹木からどれだけの水分を引き出そうとしているかを示す尺度です。この水分の需要の高まりは、しばしば降水量の増加による利益を上回ります。多くの地域において、この乾燥効果による負の影響は非常に強力であり、より湿潤な天候によるプラスの効果を打ち消してしまいます。研究者たちが成長の変化の原因を分析したところ、ネットワーク内の大多数のグリッドセルにおいて、温暖化と大気の水分需要の複合的な影響は負であったことがわかりました。降水量が増加した場所であっても、空気の熱と乾燥が、増えた水分による助けよりも成長を抑制してしまうことが多かったのです。

また、本研究は、なぜ同じ気候変化が場所によってこれほど異なる結果をもたらすのかについても説明しています。それは、特定の森林が自身の成長ポテンシャルの曲線上のどこに位置しているかにかかっています。一部の寒冷な地域では、わずかな温暖化が樹木をより良い成長ゾーンへと押し上げるかもしれませんが、温暖化が進み続けると、熱が強くなり空気が乾燥しすぎるため、樹木はついにピークを越えて減少し始めます。他の地域では、樹木はすでに限界付近にいるため、追加の温暖化が即座に衰退へと押し進めます。研究者たちは、これらの関係を「丘と谷の景観」として可視化しました。森林の未来は、気候変動によってこの景観のどの方向へ、どの程度の距離だけ押し流されるかにかかっています。多くの樹木にとって、その経路は頂上を越えて反対側へと下り、成長が鈍化する場所へと続いています。他の樹木にとっては、その経路は衰退の谷へと直進することになります。

決定的なことに、本研究はこれらの損失が単なる一時的な後退ではないことを強調しています。ベースラインの成長から将来の状態への移行に関する分析によれば、一度森林が著しい減少状態に入ると、以前の状態に戻ることはほとんどありません。対照的に、加速的な成長期を経験した森林は、気候が変化し続けるにつれて、それらの恩恵が消え去っていくことがよくありました。これは、温暖化による一時的な恩恵は脆弱である一方で、熱と干ばつによる被害は持続的であることを示唆しています。研究者たちは、彼らのモデルが樹木の放射状成長（樹木が毎年どれだけの木材を蓄えるかを示す重要な指標）に焦点を当てており、二酸化炭素の施肥効果や昆虫の大量発生といった他の要因はシミュレートしていないと述べています。こうした限界はあるものの、数百万の年輪観察から直接学習したデータ駆動型のアプローチは、起こりうる軌跡について強固な視点を提供しています。

この研究結果は、森林が気候ストレスから容易に適応したり回復したりできるという考えに異を唱えるものです。むしろ、証拠は、温暖化による負の影響が蓄積していく未来を指し示しています。研究は次のように結論づけています。北半球における樹木の成長は着実に下方へと引き寄せられており、その損失は恩恵よりも長く続きます。この非対称性は、たとえ一部の地域で短期的には改善が見られたとしても、全体的な傾向は減少であるということを意味しています。世紀が進むにつれ、バランスはさらに傾き、温暖化と大気の需要による負の影響が、ネットワークの大部分において支配的な力となっていくのです。この研究は明確な警告を発しています。数千年間にわたり私たちの気候を調節してきた森林は、ますます脆弱になっており、彼らが受けるダメージは永続的なものである可能性が高いのです。