Equatorial Atmospheric Variability Modulates Carbon and Energy Fluxes in a Wallacean Tropical

インドネシア、スラウェシ島の湿潤で霧に包まれた山岳地帯の奥深く、常に濡れた状態にあるかのような森が、自然がいかに呼吸しているかについて、科学者に予期せぬ事実を教えている。数十年間、熱帯林は主に水によって制限されているという考えが支配的であった。つまり、雨が止んだり空気が乾燥したりすると、樹木は水分を節約するために気孔を閉じ、大気中から二酸化炭素を取り込む能力が停止するという考えである。この概念は、特にエルニーニョ現象がもたらす深刻な干魃時における、世界の炭素循環の理解を形作ってきた。こうした干魃時には、豊かな生態系が炭素吸収源から炭素放出源へと変わってしまうとしばしば想定されてきた。しかし、ある特定の高地熱帯雨林に関する新しい調査は、物語がはるかに複雑であることを示唆している。この湿った山岳環境において、樹木は雨を待っているのではなく、光を待っているのである。森林の炭素吸収能力は、根の渇きによって決まるのではなく、葉の上に漂う雲によって左右されているのだ。

IPB大学とインドネシア気象庁の研究チームは、ロレ・リンドゥ国立公園にある精密な計器を備えたタワーを用いて、この仮説を検証することに着手した。標高1,416メートルに位置するこの観測地点「バリリ・フラックス・サイト」は、空気が冷たく、森林が頻繁に雲に包まれる場所である。チームは、記録的な激しいエルニーニョ現象の一つを含んでいた2013年から2017年までの5年間の連続データを分析した。彼らは、森林の炭素吸収を加速させたり減速させたりする具体的な引き金を探っていた。これを行うために、彼らは通常の季節変化を超えて、大気の急速な日々の変動を調査する必要があった。彼らは、赤道を横切って移動する3種類の大気波動に焦点を当てた。激しい降雨と雲による覆いをもたらすマデン・ジュリアン振動、東へと移動するケルビン波、そして西へと移動する赤道ロスビー波である。これらの波動は天候のパルスのように作用し、数日間だけ続く雲量や日照の変化をもたらす。

最初の大きな発見は、水と炭素の間の驚くべき乖離であった。世界の多くの地域では、土壌が乾燥すると、樹木は水を節約するために炭素の摂取を停止する。しかし、この山岳森林では、深刻な2015年から2016年のエルニーニョによる干魃期間中であっても、土壌はほとんど常に湿っていた。測定の結果、表層の含水率は樹木にストレスを与えるほど低くなることは一度もなかった。この水の豊富さにもかかわらず、森林の炭素吸収量は日々激しく変動していた。研究者がこれらの変動を気象データと比較したところ、樹木は地面の水分には反応していないことが判明した。代わりに、彼らの活動は、キャノピー（林冠）に到達する日光量と密接に連動していたのである。厚い雲が太陽を遮る日には、土壌がいかに湿っていようとも、森林の炭素吸収は低下した。雲が晴れた日には、たとえ空気が乾燥していても、森林の活動は急増した。これは、この特定の環境において、森林は水ではなくエネルギーによって制限されていることを明らかにした。樹木は喉が渇いているのではなく、単に霧の中から太陽が顔を出すのを待っているのである。

続いて研究は、これらの急速な大気波動が森林にどのように影響を与えるかを調査した。マデン・ジュリアン振動や赤道ロスビー波が、湿った雲のフェーズを山岳地帯にもたらすと、流入する日光が消失し、森林の炭素吸収は直ちに低下した。これは、雲が光合成に必要なエネルギーを遮るため、予想通りの結果であった。しかし、ケルビン波の挙動は、背景となる気候に完全に依存した、より微細で複雑な物語を語っていた。通常の状態、あるいはラニーニャ現象の期間中には、ケルビン波の通過は他の波動と同様に、雲をもたらし、それに伴う炭素吸収の低下を引き起こした。しかし、2015年から2016年のピーク時のエルニーニョによる干魃の間、森林は逆の反応を示した。この極端な干魃中にケルビン波が通過した際、森林は通常よりも多くの炭素を吸収したのである。

この直感に反する結果は、森林がエルニーニョの間に異なる種類のストレスに苦しんでいたことを示唆している。干魃による激しい熱と乾燥した空気は、おそらく樹木を限界まで追い込み、乾燥を防ぐために気孔を閉じさせていた。そこにケルビン波が到来すると、それは一時的な雲の盾をもたらした。この雲の覆いは二つの役割を果たした。一つは、樹木を熱ストレスへと追い込む強烈な直射日光を遮ること、もう一つは、森林の深いキャノピー内部まで浸透できる散乱光（拡散光）の量を増やすことである。この一時的な緩和により、樹木は気孔を再び開き、効率的に光合成を行うことができた。つまり、通常は成長を抑制するはずの天候の波が、回復の瞬間へと変わったのである。森林はただ干魃を生き延びていたのではなく、これらの短い雲による中断を利用して、再び呼吸していたのである。

これらの知見は、熱帯林が常に同じように干魃に反応するという単純な見方に異を唱えるものである。本研究は、生態系が天候イベントに対して示す反応は、単独では理解できず、より広範な気候の文脈に依存していることを示している。通常の年には成長を抑制する雲が、極端な干魃時には森林の生存を助けることがある。また、本研究は、月単位や年単位の平均ではなく、日単位のスケールで大気を観察することの重要性を強調している。高頻度の天候のパルスは、単なる背景ノイズではない。それこそが、森林が日々どのように機能するかを決定づける主要な要因なのである。これらの短期的な変動を無視することで、科学者は、これらの生態系が気候の極端な状況を乗り越えることを可能にしているまさにそのメカニズムを見逃してきた可能性がある。

結局のところ、ロレ・リンドゥの研究は、世界の炭素循環のモデルが、これら高頻度の大気相互作用を考慮するように更新される必要があることを示唆している。森林は気候の受動的な犠牲者ではなく、光の即時的な利用可能性と、大気のストレスからの緩和に対して反応する動的なシステムである。この研究を通じて土壌は湿ったままの状態であったが、森林にとっての真のボトルネックは、頭上の空であった。樹木は雨が降るのを待っていたのではない。雲が晴れるのを、あるいはエルニーニョによる干魃の場合には、太陽から守ってくれるために雲が戻ってくるのを待っていたのである。この光と熱の間の繊細なバランスは、数日という時間スケールの中で繰り広げられ、この極めて重要な山岳森林が炭素を引き付け続けるのか、あるいは再び大気中に放出してしまうのかを決定づけている。