マリアナ諸島の海底にあるシャンパンの噴出口から上昇する液滴。 現場から排出される液体には溶存二酸化炭素が含まれています。 NOAAオーシャンエクスプローラー

人為的な気候変動に対する懸念が高まるにつれ、多くの科学者は地球の歴史を振り返って今日起きている変化に光を当てることができるような出来事に目を向けています。 過去に地球の気候システムがどのように変化したかを分析することは、将来それがどのように振る舞うかもしれないかについての我々の理解を向上させます。

これらの研究から、突然の温暖化現象が 地球の気候システムに組み込まれている。 地球の表面での炭素貯蔵の混乱が温室効果ガスを大気中に放出した時に起こりました。 の大きな課題の1つ 私のような気候科学者 人間が存在する前にこれらの放出がどこから来たのか、そして何がそれらを引き起こしたのかを決定することです。 重要なのは、私たちはそのような出来事が再び起こり得るかどうかを知りたいのです。

最近発表された研究では、私の同僚は ケイティ・ハラジン, ナディーン・クルピンスキー そして私は、最後の氷河期の終わり、およそ20,000年前に、二酸化炭素が 地質貯留層から海洋に放出される 海が暖かくなり始めたときに海底に位置しています。

この発見は潜在的な変革者です。 現代の海の中に天然に存在する炭素の貯留層は、地球の海と気候に深刻な影響を与える可能性があるので、再び乱される可能性があります。

地球は過去800,000年間にわたって氷河期（低地点）と暖かい間氷期の間を循環してきました。 しかし、現在の気候温暖化は過去の温暖化現象よりもはるかに早く起きています。 米航空宇宙局（NASA）

過去はプロローグです

地質炭素の放出によって引き起こされる急速な温暖化の最も有名な例の1つは 古第三紀 - エオシン熱最大値、またはPETM、約55百万年前に起こった主要な地球温暖化イベント。 PETMの間に、地球はおよそ9年以内に16から5度華氏（9から10,000度）まで温めた。

気候科学者たちは現在、PETMを 今日起こっている環境変化のアナログ。 PETMは長期間にわたって人の関与なしに起こったが、それは地質学的貯留層からの炭素が急速に放出されるならば気候システムに固有の不安定性があることを示している。

科学者たちはまた、大気中の二酸化炭素レベルが年末に急上昇したことを知っています 更新世後期の氷河期のそれぞれ、気候を温めるのを助けます。 最も最近の暖かいエピソード、17,000年前の間に、地球は9から13度華氏（5から7℃）まで温まった。

暁新世 - 始新世のサーマルマキシマムは地球を非常に劇的に暖めたので熱帯雨林は北極に北に伸びました。

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しかし、何百もの科学的研究が、各氷河期を終わらせる急激な二酸化炭素の増加を引き起こした原因を明らかにすることができませんでした。 研究者たちは、海洋は大きな炭素コンデンサとして機能するため、海洋は関与しなければならないことに同意します。 大気中に存在する炭素の量を調整する。 しかし、彼らは、急激な気候変動の間に何が海の中の炭素の量に影響するかを理解するための手がかりをまだ探しています。

海底の湖

過去20年にわたり、海洋科学者たちは、活動的な境界の岩石や堆積物の中に、海の底に蓄積している液体と固体の二酸化炭素の貯留層があることを発見しました。 水熱ベント。 これらのサイトでは、地球内部からの火山性マグマが過熱水と出会い、地球の地殻の割れ目を通してろ過する二酸化炭素に富む流体のプルームを生成し、地表に向かって上方に移動します。

この流体のプルームが冷たい海水に出会うと、二酸化炭素は固化して水和物と呼ばれる形になります。 水和物は岩石や堆積物の中に二酸化炭素を閉じ込め、それが海に入るのを防ぎます。 しかし、およそ華氏48度（9℃）を超える温度では、水和物は融解し、浮遊液体または気体二酸化炭素を直接上層の水に放出する。

これまで科学者たちは、台湾の近くの西太平洋とその周辺に液体と水和物の二酸化炭素の貯留層を記録してきた。 エーゲ海。 海水温が暖かく圧力が低い浅い水域では、研究者たちは純粋な二酸化炭素を観察しました 堆積物から直接ガスとして発生 そして海面に上がる。

熱帯太平洋西部では、ほぼ純粋な二酸化炭素の泡が堆積物から発生し、それが活動的な熱水系を覆っています。 Roy Priceによる写真、Jan Amendの好意による, BY-ND CC

気候のワイルドカード

これらの発見は海洋の炭素システムに関する科学者の理解を変えつつあります。 これらの炭素源の大きさと分布についてはほとんど知られていないので、気候科学者は将来の温暖化の潜在的な影響を探求する現在のモデルに深海炭素貯留層を含めていない。

事実、現在これらの貯水池からどのくらいの量の二酸化炭素が海洋に放出されているかを文書化したデータは事実上ありません。 これは地質学的歴史を非常に重要にします：それはこれらのタイプの貯留層がそれらが乱されたときに膨大な量の炭素を放出する能力を持っていることを確認します。

類似の炭素貯留層も陸域環境で確認されています。 1979、インドネシアのDieng火山 窒息した142人 それがほぼ純粋な二酸化炭素を放出したとき。 1986では、カメルーンのニオス湖の底にある二酸化炭素貯留層 噴火1,700の地元の村人と何百もの動物を殺した。

1986ニオス湖の噴火では、牛は二酸化炭素で窒息していました。 USGS /ジャックロックウッド

二酸化炭素は、マグマが地球の地殻を通って上昇し、浅い深さで失速する場所で、カリフォルニアのマンモス山周辺でも発生しています。 土壌中の高濃度の二酸化炭素は 100エーカーを超える木々を殺した。 科学者たちは、識別と特徴付けに取り組んでいます 陸上の他のサイト そのようなリリースが発生する可能性がある場所。

海洋貯留層に貯留されている二酸化炭素を定量化することは、はるかに困難です。 海底の広大な地域には活発な火山活動と熱水噴出のサイトがありますが、科学者たちは周囲の岩石や堆積物に二酸化炭素がどれだけ蓄積しているかについては事実上何も知りません。 私の考えでは、二酸化炭素が蓄積していると思われる海洋環境を研究し、それが不安定化の影響をどの程度受けやすいかを評価することが急務です。

海洋の温暖化、リスクの増大

これは延期すべき努力ではありません。 地球の海は急速に温暖化している、そして気候モデルは彼らが極流の近くで形成する極の近くで最も速く暖まると予測する 地表から暖かい水を運びます.

これらの暖かい水が海の内部に沈むにつれて、それらは二酸化炭素の貯留層が形成される可能性がある場所に向かって過剰な熱を運びます。 それらのより暖かい水は最終的に液体二酸化炭素を閉じ込めたままにするハイドレートシールを不安定にするでしょう。

熱塩循環と呼ばれる非常に大きくてゆっくりした流れは、暖かい水を地球の極地に運びます。そこで、それは冷たいそして深海に沈みます。 Maphoto / Riccardo Pravettoni経由でGRID-Arendal, BY-ND CC

そのような貯水池の一つは、西太平洋の西部太平洋にあります。 沖縄トラフ 東シナ海で。 この場所での海水の温度は、華氏37〜39（摂氏3〜4）です。つまり、水和物キャップは、その融点の約4〜5℃の範囲内です。

重要なことに、温かい熱水が二酸化炭素貯留層の下から地表に向かって上昇しています。 海洋が温まり続けるにつれて、冷たい海水とより暖かい熱水の間の温度差は減少するでしょう。 これにより、ハイドレートは薄くなり、潜在的には液体二酸化炭素が逃げるのを防げなくなります。

今日まで、これらの海洋二酸化炭素貯留層が海水温の上昇に対して脆弱かどうかを評価する研究はありません。 しかし、地球の過去の歴史的記録は、地層貯留層が不安定になる可能性があることを明確に示しています。そうである場合、それは大気中の二酸化炭素と地球温暖化の急激な増加につながります。 私の考えでは、これは無視できない重要な未知のリスクです。

著者について

ローウェル・D・ストット教授、 南カリフォルニア大学 - Dornsifeカレッジ・オブ・レター・アーツ・サイエンス

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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