Ecosystem-scale methane fluxes in terrestrial uplands diverge from soil-sink expectations
本研究は、北米全域にわたるエコシステムスケールの測定を通じて、ほとんどの高地陸域土壌が実際には純メタン放出源として機能していることを実証することにより、高地陸域土壌が一貫して大気のメタン吸収源であるという従来の仮定に異を唱え、現在の全球メタン収支の推定における重大なスケール推論の誤りを明らかにしている。
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メタンは強力な温室効果ガスであり、100年間のスパンで見ると二酸化炭素よりもはるかに効果的に熱を閉じ込めます。数十年にわたり、科学者たちはこのガスがどこから発生し、どこへ消えていくのかを追跡してきました。私たちは、湿地や農業などの人間活動が膨大な量のメタンを放出していることを知っています。地球規模の収支を算出するために、研究者たちは長い間、乾燥した土地に関するある特定の、静かな仮定に頼ってきました。それは、森林、草原、低木地帯の土壌が、大気中のメタンを吸い込み、自然な細菌プロセスを通じて破壊する、一貫した「真空掃除機」として機能しているという仮定です。この「土壌シンク（吸収源）」は、世界のモデルにおいて、毎年膨大な量のメタンを除去するものとして、固定された信頼できる事実として扱われてきました。しかし、もしこの仮定が間違っているとしたら、地球がどのように温度を調節しているかという私たちの理解全体が、均衡を失っている可能性があります。
新しい研究は、小さな孤立したサンプルではなく、生態系全体の視点から土地を見ることで、この長年の見解に異を唱えています。イェール大学のスパークル・マローン氏率いる研究チームは、北米にある46基の観測塔からのデータを用いて、地面と空の間で行われるメタンの実際の交換量を測定しました。彼らが期待したような、安定した静かな清掃員を見つける代わりに、彼らは、ほとんどのこれらの高地景観が、たとえ緩やかであっても、実際にはメタンを漏らしていることを発見しました。この研究は、乾燥した土地を純粋な吸収源とする従来の考え方は、間違ったスケールで観察したことによる間違いであり、地球の天然の吸収能力は以前考えられていたよりもはるかに弱い可能性があることを示唆しています。
長年、乾燥した土壌がメタンを消費するという信念は、地面に直接置かれた小さなチャンバー（測定器）を用いた測定に基づいて築かれてきました。これらの装置は土壌のごく一部を覆い、密閉して、土壌細菌がどれだけのガスを食べているかを測定します。この手法は何十年もの間、標準的なものとして用いられ、土壌生物学の明確で一貫した姿を提供してきました。しかし、チャンバーが見ることができるのは、その足元で起きていることだけです。チャンバーは、樹木の根や枯れ木、あるいはガスを生成している可能性のある土壌内の隠れた微細な水ポケットの中で何が起きているかを見ることができません。また、森林のキャノピー（林冠）を通る空気の動きや、広大なフィールドで起こる湿度の微妙な変化も見逃してしまいます。研究者たちは、土壌表面だけに焦点を当てることで、これらの生態系が実際にどのように振る舞うかという、より大きな全体像を見落としているのではないかと疑ったのです。
より真実の姿を得るために、チームは全米に点在する高い塔のシステムである「国立生態系観測ネットワーク（NEON）」に目を向けました。これらの塔には、森林の床から樹冠に至るまで、異なる高さの空気の質を測定するセンサーが備わっています。研究者たちは、塔の上部のメタン濃度と下部の濃度を比較することで、樹木、土壌、そしてその間の空気を含む、生態系全体を流れるガスの総流量を計算することができました。彼らは、熱帯雨林のプエルトリコからアラスカの低木地帯まで、多様な環境を代表する46地点のデータを、2021年から2024年にかけて分析しました。
結果は衝撃的でした。研究者がこれらの地点におけるメタンの年間収支を調べたところ、83パーセントの地点は吸収源として機能していませんでした。代わりに、それらは純粋な排出源となっており、吸収するよりも多くのメタンを大気中に放出していました。放出量はわずかで、1平方メートルあたり年間わずか数グラムの断片から1グラム強の範囲でしたが、その流れの方向はモデルが予測していたものとは逆でした。期待通りの吸収源として機能していたのはわずか17パーセントであり、しかもそれらさえも、世界的な推定値よりはるかに弱いものでした。彼らが見つけた最強の吸収源はプエルトリコの熱帯雨林でしたが、そこにおいてさえ、除去されたメタンの量は、土壌単体に対する世界的な予算（推定値）の半分にも満たないものでした。
この研究は、土壌チャンバーと生態系タワーが、二つの異なるものを測定しているために、この不一致が生じていると主張しています。チャンバーは土壌がメタンを食べる「潜在能力」を測定しますが、タワーは生態系の「実際の振る舞い」を測定します。現実の世界では、チャンバーが見逃してしまう要因――例えば、植物が地下深くからガスを輸送すること、細菌がガスを生成する土壌内の微細な湿地、あるいは樹幹を通じたガスの移動など――によって、理論上の吸収源である土壌が、実際の排出源へと変貌してしまう可能性があるのです。研究者たちは、乾燥した高地エリアであっても、これらの隠れたプロセスがバランスを逆転させるのに十分であることを発見しました。
この発見は、土壌細菌がメタンを食べるのをやめたことを意味するものではありません。研究は土壌シンクが存在することを認めていますが、それがすべてではないことを示しています。生態系全体としては、異なる動きをしているのです。研究者がこれらの知見を地球全体へとスケールアップしようと試みたところ、その結果は、高地の陸上生態系が吸収源ではなく、大気へのメタンの純排出源である可能性を示唆していました。データの算出方法にもよりますが、陸地の全面積は、年間22から75テラグラムのメタンを放出している可能性があります。これは、これらの土地が11から49テラグラムのメタンを除去すると想定している現在の世界的な予算と比較して、極めて大きな変化です。
気候科学への影響は重大です。もし陸地が考えていたほど多くのメタンを吸収していないのであれば、地球の温室効果ガス上昇に対する自然の緩衝機能は、私たちが信じていたよりも小さいことになります。これは、メタンが大気中に長く留まり、現在のモデルが予測するよりも速く地球を温暖化させる可能性があることを意味します。この研究は、気候モデルの構築方法を変える必要があることを示唆しています。乾燥した土地を固定された吸収源と想定するのではなく、メタンの流出を許してしまう複雑で隠れた経路を考慮に入れる必要があります。
研究者たちは、彼らの研究が北米の特定のサイトに基づいていることを慎重に注記しており、このパターンが世界中で当てはまるかどうかを確認するためには、さらなるデータが必要であるとも述べています。また、これほど微細な流量を測定するために使用される計器は非常に敏感であり、信号がしばしば検出限界付近にあることも指摘しています。しかし、彼らが異なる仮定や潜在的な誤差に対して結果を検証した際も、結論は変わりませんでした。ネットワーク全体に見られる支配的な信号は、吸収ではなく、放出であったのです。
この研究は、自然界はしばしば、私たちの最も単純な測定値よりも複雑であることを思い出させてくれます。単なる土の塊ではなく、森全体を見ることで、科学者たちは地球の気候に対する理解を覆す、メタン交換の隠れた層を明らかにしました。それは、地球が自らの温室効果ガスを浄化する能力が、私たちが望んでいたよりも脆弱である可能性を示唆しています。そして、大気の真のバランスは、私たちがようやく理解し始めたばかりのプロセスに依存しているのです。次のステップとなるのは、これら完全な生態系のダイナミクスを捉えることができるモデルを構築し、将来の予測が、単なる一部の断片ではなく、システム全体の現実に基づいたものとなるようにすることです。
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