Post-glacial carbon stocks in two restricted Patagonian fjord basins (52°S) using acoustic profiles and sediment cores

南パタゴニアの冷たく穏やかな海域、海洋の深部には、地球の近現代史を記録した広大で静かなアーカイブが存在している。フィヨルドとして知られるこれらの海底谷は、天然の堆積物トラップとして機能している。河川が陸地から土壌、岩石の破片、有機物を運び出すと、これらの深い盆地では水の流れが緩やかになり、数千年にわたって物質が沈殿し、積み重なっていく。このプロセスは単なる地質学的な珍しさにとどまらず、地球規模の炭素循環において極めて重要な役割を果たしている。生命の基本構成要素である炭素は、これらの泥や砂の層の中に閉じ込められ、地球温暖化に寄命し得る大気中から事実上除去されている。科学者たちは、フィヨルドが炭素を埋没させる効率の高い場所であることを古くから知っていたが、そこにどれほどの量が蓄えられているのかを正確に測定することには苦慮してきた。これまでの研究の多くは、海底の表面から一度だけサンプルを採取したり、一本の細い泥のチューブから採取したりした上で、その小さな断片がいかに盆地全体を代表するかを推測するという手法に頼っていた。このアプローチでは、海底の複雑な形状や、表面のはるか下に眠る深い堆積層を考慮できていないため、全体像を見落としてしまうことが多い。

この謎を解明するため、研究チームは南パタゴニアのフィヨルド系における、特定の閉鎖的な二つの盆地、バヒア・カリベ（Bahía Caribe）とバヒア・トランパ（Bahía Trampa）に注目した。これらは急峻な陸地に囲まれた小さく深い水域であり、強風と豪雨が支配的な地域に位置している。研究者たちは、これら二つの盆地の堆積物の全層、すなわち海底の最表面からポストグラシャル（氷河後）堆積物の底部に至るまでの、炭素の総量を明らかにしたいと考えていた。表面だけを見ても誤解を招くほど小さな数値しか得られないことを彼らは理解していたため、物語の全容を把握するための方法を考案した。彼らは二つの異なる手法を組み合わせた。第一に、特殊なソナー装置を使用して海底と堆積層の底の形状をマッピングし、隠された谷の三次元モデルを作成した。第二に、これらの盆地の最も深い部分から、長くて連続した堆積物のチューブを回収し、異なる深さにおける泥の化学組成を分析した。盆地の形状とコア（柱状試料）からの化学データを統合することで、地中に隠された炭素の総重量を算出することが可能となった。一部の領域では堆積層がコアよりも深かったため、彼らは最も深いサンプルに見られるパターンに基づき、統計的モデリングを用いて、サンプリングされていない最も深いセクションの炭素含有量を推定した。

結果は、表面の測定値が示唆するよりもはるかに大きな、隠された炭素の貯蔵庫を明らかにした。より大きな盆地であるバヒア・カリベでは、堆積物の中に約65,100トンの有機炭素と38,000トンの無機炭素が含まれていることが計算された。より小さく浅い盆地であるバヒア・トランパでは、合計で約13,400トンの有機炭素と4,600トンの無機炭素であった。研究者がこれら全層の合計量を、堆積物のわずか上部10センチメートルで見つかる炭素量と比較したところ、驚くべき差が見出された。堆積物の全層に蓄えられた総炭素量は、表面層のみを見た場合に推定される量よりも、およそ100倍も大きかったのである。この巨大な相違は、泥の表面が全体の山を代表していると仮定することがいかに危険であるかを浮き彫りにしている。つまり、深い層こそが、蓄えられた炭素の大部分を保持しているのである。

予想外の発見は、これらの盆地における無機炭素の顕著な含有量であった。有機炭素は植物や動物などの生物に由来するが、これらの堆積物に含まれる無機炭素は、微小な海洋生物の殻やその他の鉱物破片に由来する。バヒア・カリベでは、この無機炭素は全炭素ストックの37パーセントを占め、バヒア・トランパでは25パーセントを占めていた。これは、無機炭素の貯蔵方法は有機炭素とは異なるため、極めて重要な区別である。これらの鉱物殻の形成は、周囲の水中に少量の二酸化炭素を放出するため、この炭素は堆積物に埋没してはいるものの、有機物と同じような方法で大気中の二酸化炭素を純減させる働きはしない。研究者たちは、この無機炭素は、炭酸塩鉱物を含まない陸上の岩石からではなく、水中に生息していたクラム（二枚貝）や微小な有孔虫のような生物の殻に由来するものであると指摘した。

この研究はまた、盆地の形状と水深が何が蓄積されるかにどのように影響するかについても光を当てた。より大きく深い盆地であるバヒア・カリベは、深い水路を通じて外洋へとつながっており、より小さな浅い盆地と比較して、より高い割合の無機炭素を含んでいた。これは、より深い盆地の海洋環境の方が、殻を作る生物の成長に適していたことを示唆している。対照的に、より浅い盆地は淡水や氷河の流出による影響をより強く受けており、異なる種類の混合堆積物をもたらしていた。研究者たちは、不確実性を考慮して最終的な数値の堅牢性を確保するために、堆積層の形状を千回シミュレーションするという統計的手法を用いた。彼らは、一部の領域では堆積物の最底部を直接観察できなかったものの、サンプリングした層からは、非常に深い場所でも炭素密度が安定して維持されていることが示唆されていることを見出した。

結局のところ、この研究はパタゴニアのフィヨルドにどれほどの炭素が隠されているかについて、より明確な全体像を提供している。表面のサンプルだけに頼ることは、これらの海底谷の真の貯蔵能力を大幅に過小評価することになる。これら二つの盆地の総炭素量は、その炭素保持能力で有名な、この地域の泥炭地（ピートランド）に蓄えられている炭素量に匹敵する。しかし、研究はまた、堆積物に含まれるすべての炭素が等価ではないことも警告している。無機成分は相当な量存在するものの、有機成分とは気候システムにおいて異なる役割を果たしている。これらの盆地の全深度をマッピングすることで、研究者たちは地球の炭素予算をより正確に計上し、フィヨルドの深く静かな層が、これまで見過ごされてきた地球の炭素の重要な一部を保持していることを示した。この理解は、これらの海底のアーカイブが潮汐や氷とともに成長し、変化し続ける中で、地球の気候が将来どのように反応するかを正確に予測するために不可欠である。