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海洋における炭素変換の奇跡: 有機炭素と無機炭素はどのように相互作用するのでしょうか?
海洋の炭素循環は、複数のプール間の炭素の相互作用と、大気、地球内部、海底の間の炭素の交換を含む、複雑かつ魔法のようなプロセスです。このサイクルは地球規模の炭素循環を促進するだけでなく、地球規模での炭素の利用可能性を確保します。海洋炭素循環は地球規模の炭素循環の中核プロセスであり、2 種類の無機炭素 (二酸化炭素など) と有機炭素 (生物の炭素など) が含まれます。これらのプロセスを通じて、海洋は大気中の二酸化炭素を内部に引き込み、さまざまな海洋地域全体に輸送することができます。
海洋には世界の活性炭素の約 95% が蓄えられていますが、有機生物には少量しか蓄えられていません。
海洋炭素循環の 3 つの主要なプロセスは「ポンプ」と呼ばれます。これらのポンプには、溶液ポンプ、炭酸塩ポンプ、生物ポンプが含まれます。溶解ポンプは、二酸化炭素の溶解を通じて炭素を大気から海洋に移送します。炭酸塩ポンプには海洋生物が生成する炭酸カルシウムが関与しており、生物ポンプは海洋生物の光合成や呼吸に重要な役割を果たしています。これらのプロセスは海洋中の有機炭素と無機炭素を結び付け、両者間の相互依存性と変換関係を示しています。
さまざまな深さの海水では、有機炭素粒子が沈降するにつれて、溶解した無機炭素の含有量が増加します。海洋植物と藻類（つまり、一次生産者）が毎年炭素を吸収および放出する方法は、地球規模の炭素循環にかけがえのない影響を与えます。海洋生物に蓄えられている炭素の量は陸上植物に比べて微量ですが、両者の炭素交換（炭素フラックス）はほぼ同等であり、地球規模の炭素循環における海洋の重要性が実証されています。
科学者たちは、海洋は大気中の二酸化炭素濃度を緩和する上で重要な役割を果たしていますが、その際に海洋の酸性化にも寄与していると指摘しています。
しかし、人間の活動が海洋炭素循環に及ぼす影響は無視できません。産業革命以前は、海洋は大気中に放出される二酸化炭素の正味の供給源でしたが、現在では二酸化炭素の正味の吸収源となっています。新しいデータによると、海洋は毎年人為的な二酸化炭素の約4分の1を吸収し、大気中の二酸化炭素の増加をある程度遅らせている。しかし、この吸収プロセスが増加するにつれて、海の酸性度も上昇し、海洋生態系に潜在的な脅威をもたらします。
これに関連して、無機炭素と有機炭素の相互作用が海洋環境にどのような影響を与えるかを理解する必要があります。海洋中の無機炭素は主に炭酸、重炭酸塩、二酸化炭素の形で存在しますが、有機炭素は光合成やその他の生物学的プロセスを通じて生物によって形成されます。この有機炭素は微生物によって分解されて重炭酸塩が放出されたり、浅い海洋堆積物で粒子状の有機炭素が形成されたりすることがあります。この一連の過程は、海洋の炭素循環が孤立したものではなく、他の生物地球化学的循環と密接に関係していることを示している。
海の有機炭素は、食物連鎖の不可欠な部分であるプランクトンによって生成されます。
生物ポンプは主に海面の小さな植物プランクトンの光合成によって駆動され、これらの生物は大量の二酸化炭素を吸収して有機炭素に変換します。これらのプランクトンが死ぬと、その残骸は深海に沈み、海底堆積物の一部になります。このプロセスを通じて、海洋は、地球温暖化との戦いにおいて無視できない重要な生物地球化学プロセスである安定した炭素を長期的に貯蔵するための経路を提供します。
気候変動の観点から見ると、このような炭素変換プロセスの重要性はさらに顕著になります。地球の気温が上昇すると、海洋の温度も上昇し、海水の溶解度が変化し、炭素の貯蔵と相互作用に影響を及ぼします。これらすべてが海洋生態系を再構築しており、人間の活動が海洋に与える影響と、この課題にどのように対応すべきかを再考するよう促しています。
気候変動と海洋酸性化という二重の課題に直面し、海洋炭素循環をどのように効果的に管理するかが、地球規模の持続可能な開発にとって大きな試練となるでしょう。
要約すると、海洋における炭素変換の奇跡は、有機炭素と無機炭素の間の相互作用を反映するだけでなく、自然循環に対する人間の活動の影響も反映しています。こうした相互作用は、私たちの将来を部分的に決定し、来るべき気候危機に対処するために、この重要な生態系の機能を保護し、最適化する方法について深く考えるよう促します。
