Carbon release from Chatham Rise pockmarks may have been climatically relevant during the last deglaciation
本研究は、2次元流体・力学モデルを用いて、最終氷期退行期におけるチャタム・ライズのポックマークからの急速な流体放出が、年間約2ペタグラムのCO2を放出していた可能性があることを示しており、その放出率は始新世始末温暖化期よりも著しく高く、このような地質学的炭素放出が、これまで過小評価されていた氷期・間氷期移行期のの大気中CO2トレンドの主要な要因であったことを示唆している。
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海底の遥か深部には、古代の炭素が岩石や堆積物の層の中に閉じ込められたまま、膨大な貯蔵量として存在しています。数十年にわたり、科学者たちは地球の気候が、大気中の二酸化炭素の量と密接に関連していることを知ってきました。しかし、この炭素が地球の深部から地表へと移動する正確なメカニズムは、ある種、謎に包まれたままでした。一つの重要な問いは、特に惑星が温暖化し、氷床が融解している時期において、この地質学的炭素がいかに速く、そしてどの程度の量で地表へ逃げ出し得るのかという点でした。大量の氷が融解すると、海底を押し下げる重力が変化し、この変化が地下深くからの流体の放出を引き起こす可能性があります。もしこれらの流体が二酸化炭素を運んでいるならば、それらは地球温暖化を加速させる可能性があり、「温暖化がさらなる炭素の放出を招き、それがさらなる温暖化を招く」というフィードバックループを生み出すことになります。これらの隠れたガスの脈動を理解することは、過去の気候を再構築し、将来の地球システムの挙動を予測する上で極めて重要です。
ニュージーランド沖にあるチャタムライズと呼ばれる海底台地は、このプロセスに関する巨大で静かな手がかりを保持しています。そこにある海底は、下方からの流体の噴出によって形成された、クレーターのような窪み（ピットマーク）が45,000個以上も点在しています。世界の他の地域で見られる同様のクレーターは、溶け出した氷によるメタンガスの放出に関連していることが多いのですが、チャタムライズは氷河に覆われたことがなく、そのクレーターにはメタンが含まれていません。代わりに、化学的な証拠は、これらのクレーターが、地球の地殻深くにある石灰岩の中に数百万年もの間閉じ込められてきた古代の二酸化炭素の噴出孔であることを示唆しています。これらのクレーターが出現した時期は、世界が氷河期から脱していた最後の時期、すなわち「デグラシエーション（氷解期）」と直接結びついています。これは、非常に説得力のある可能性を提起しています。すなわち、当時の急速な海面上昇がスイッチのような役割を果たし、深部の炭素貯蔵庫を解錠して、海洋と大気中へと汲み上げたのではないか、という可能性です。
この仮説を検証するために、研究チームはチャタムライズの下にある海底のコンピュータ・シミュレーションを構築しました。彼らは、深い炭素貯蔵層と海底との間に位置する、粘土質の厚い堆積層に焦点を当てました。通常の時期、海面が安定しているとき、流体はスポンジに水が染み込むように、堆積物をゆっくりと均一に移動します。しかし、研究者たちは、最後の氷河期の間に起こったように、海面が急速に上昇した場合に何が起こるかをモデル化しました。彼らのモデルは、水の重さが急速に増加すると、粘土堆積物が十分に排水できない状態に追い込まれることを示しました。この圧力は蓄積され、流体を、穏やかに染み出すのではなく、狭く強力なチャネル（流路）を通じて、抵抗の少ない経路へと強制的に押し出します。これらのチャネルは最終的に地表に到達し、今日見られるような海底のクレーターを作り出すのです。
シミュレーションの結果、これらのチャネルが一度形成されると、氷河期の間に行われるゆっくりとした一定の浸透よりも、およそ千倍速い速度で流体を輸送することが明らかになりました。研究者たちは、詳細にマッピングされた476個の小さなクレーターにこのモデルを適用し、この活動の第一波の間に放出された可能性のある流体の量を推定しました。彼らは、これらの経路を通る流体の体積が、年間におよそ1,800立方キロメートルであると算出しました。気候への影響を理解するために、チームはこの流体体積を二酸化炭素の質量へと換算しました。流体に含まれる二酸化炭素がごくわずかであり、かつガス状態であると仮定するという、最も保守的な見積もりを用いたとしても、その結果は驚異的なものでした。放出率は、年間約2ペタグラムの二酸化炭素に達したのです。
この数値は、地球の歴史の文脈に置くと極めて重要です。研究者たちは、この発見を、大規模な絶滅と世界的な気温上昇を引き起こした、パレオセーン・エオセーン・サーマル・マキシマム（PETM）と呼ばれる有名な古代の温暖化イベントの始まりと比較しました。彼らの推定によれば、チャタムライズのピットマークのみからの炭素放出率は、あの古代のカタストロフィーの始まりに推測される炭素放出率よりも、約4倍速かったことになります。本研究は特定のクレーターのサブセットに焦点を当て、直接測定ではなくシミュレーションを用いたものですが、その結果は、チャタムライズのようなフィールドからの地質学的炭素放出が、最後の氷解期における気候変動の、主要でありながらこれまで見過ごされてきた推進力であった可能性を示唆しています。この研究は、地球の深部の炭素サイクルが表面の変化に対して迅速に反応する能力を備えており、過去の気候を形作る助けとなった可能性のある、大規模な温室効果ガスの脈動を送り出し得ることを示しています。
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