永久凍土の融解が北極圏の地形を揺るがし、気候の温暖化に伴う地表の隠れた変化に拍車をかけている

2022年7月15日

北極圏では、数千年にわたり永久凍土と氷の楔が積み重なっている。それが解けると、周囲の地形が不安定になる。©AP, Edward Schuur, University of Florida

北極圏では、数千年にわたり永久凍土と氷の楔が積み重なっている。それが解けると、周囲の地形が不安定になる。©AP, Edward Schuur, University of Florida

著者情報:Mark J. Lara氏, イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校 植物生物学・地理学 助教授

北極圏のあちこちで、景観に異変が起きています。

数平方マイルの大きさの巨大な湖が、数日のうちに消滅しているのです。

丘陵地は傾斜しています。

氷に覆われた地面が崩れ、平らだった場所が波打つようになり、場所によっては大きく沈んだ多角形の広大な原っぱが出現しています。

これは永久凍土(地表の下にある長い間凍結していた土)が解けてきている証拠です。

永久凍土の上に築かれたコミュニティや、地球の気候にとって悪いニュースです。

私は生態学者として、こうしたダイナミックな景観の相互作用を研究しており、永久凍土による景観の変化が時間とともに加速していることをさまざまな形で記録してきました。

そこで進行中の隠れた変化には、未来への警告が込められています。

永久凍土が北極圏の地形に与える影響の一端を示すイラスト。©Victor O. Leshyk, from Schuur et al. 2022. Permafrost and Climate Change: Carbon Cycle Feedbacks from the Warming Arctic. Annual Review of Environment and Resources Volume 47 (in press)

永久凍土が北極圏の地形に与える影響の一端を示すイラスト。©Victor O. Leshyk, from Schuur et al. 2022. Permafrost and Climate Change: Carbon Cycle Feedbacks from the Warming Arctic. Annual Review of Environment and Resources Volume 47 (in press)


永久凍土とは?

永久凍土とは、カナダ、ロシア、アラスカを中心とした北半球の土地の約4分の1を占める、永続的に凍結する土壌のことです。

その多くは、長い年月をかけて死んだ植物や動物が凍結した有機物を豊富に含んでいます。

この凍土は、北半球の多くの景観の構造的な完全性を維持し、植生や未植生の地表に、建物の耐力支持梁のような安定性を与えています。

気温が上昇し、降水パターンが変化すると、永久凍土やその他の地上の氷が解けやすくなり、崩壊しやすくなります。

これらの凍土が温められると、地盤が不安定になり、数千年にわたってダイナミックな生態系を繊細に形成してきた織物が解きほぐされます。

北極圏全域で増加している山火事も、その危険性を高めています。

永久凍土が融解すると、地盤沈下や亀裂が発生し、道路や建物が不安定になることがある。©Brandt Meixell/USGS

永久凍土が融解すると、地盤沈下や亀裂が発生し、道路や建物が不安定になることがある。©Brandt Meixell/USGS

地表の下では、別のものが活動しています。

それは地球温暖化を増幅させています。

地表が解けると、数千年の間凍結していた土壌の有機物を微生物が食べ始めます。

その結果、温室効果ガスである二酸化炭素やメタンが発生します。

この温室効果ガスが大気中に放出されることで、さらに温暖化が進むというフィードバックループが発生します。

気温が上がれば土壌はさらに解け、微生物が食べる有機物が増え、さらに温室効果ガスが発生します。

その証拠に、湖は消えている。

人為的な気候変動の証拠は、永久凍土の範囲に広がっています。

数平方マイルの大きさの大きな湖の消滅は、北半球の景観の移り変わりの最近のパターンを示す最も顕著な例の一つです。

湖は、より広く深い排水路が発達するにつれて横方向に、あるいは湖の下の未凍結の土壌が永久凍土を貫通して水が流出するまで徐々に深くなるタリック(永久凍土地域にある一年中凍っていない地面の層)を通して縦方向に流出しています。

現在では、永久凍土地域の地表水が減少していることを示す圧倒的な証拠があります。

衛星観測や分析から、湖の排水が永久凍土の劣化と関連している可能性があることが分かっています。

同僚と私は、夏の季節が暖かく長くなるにつれて、湖の流出量が増加することを発見しました。

アラスカ北部の北極圏沿岸平原にある湖に、土壌の融解によってできた渓谷が排水されている。©Christian Andresen and Mark J. Lara, CC BY-ND

アラスカ北部の北極圏沿岸平原にある湖に、土壌の融解によってできた渓谷が排水されている。©Christian Andresen and Mark J. Lara, CC BY-ND

これは、過去5年間にアラスカ北西部で観測された、永久凍土の劣化によって数日間で起こる壊滅的な湖水流出のうち、最も高い割合のものが観測された後に得られた知見です。

永久凍土の範囲にある湖の消滅は、水鳥や魚などの野生動物にとって重要な水質や水の確保が変化するため、先住民の生活に影響を及ぼすと考えられています。

傾斜した丘とポリゴンフィールド

また、埋もれた氷河の融解と崩壊により、ロシアや北米の北極圏では丘陵地の傾斜が激しくなり、土や植物、瓦礫が斜面を滑り落ちています。

シベリア北部のある新しい研究によると、乱れた地表は過去20年間で300%以上増加していることがわかりました。

また、カナダ北部および北西部における同様の調査では、夏の温暖化・多雨化によって地すべりが加速していることが判明しました。

カナダのオーラヴィック国立公園で、サーモカルスト地形が簡単に浸食されることを示す斜面の崩落。©Sarah Beattie/Parks Canada

カナダのオーラヴィック国立公園で、サーモカルスト地形が簡単に浸食されることを示す斜面の崩落。©Sarah Beattie/Parks Canada

アラスカ州ノアタック国立保護区にある更新世後期の氷の楔(くさび)。©David Swanson/National Park Service

アラスカ州ノアタック国立保護区にある更新世後期の氷の楔(くさび)。©David Swanson/National Park Service

平坦な地形では、氷のくさびが発達し、土地全体に珍しい幾何学模様や変化を生み出すことができます。

数十年から数百年かけて、雪解け水が土壌の亀裂にしみ込み、氷のくさびが形成されます。

この氷のくさびが、その上の地面に谷を作り、多角形のエッジを作ります。

多角形は、干潟の底に見られるような凍結と融解の過程を経て自然に形成されます。

氷のくさびが溶けると、その上の地面が崩れていきます。

極寒の高緯度地方でも、ほんの数回の異常高温の夏の影響で、地形は劇的に変化し、それまで平坦だった地形が、土壌中の氷が溶けてくぼみ始めると、起伏のある地形に変化することがあるのです。

氷のくさびの融解速度は、気候の温暖化に対応して全体的に増加しています。

カナダ・ノースウエスト準州の解凍されたピンゴとポリゴン(氷のくさびが形成したマウンドと窪み)。©Emma Pike /Wikimedia

カナダ・ノースウエスト準州の解凍されたピンゴとポリゴン(氷のくさびが形成したマウンドと窪み)。©Emma Pike /Wikimedia
Patterned Ground: How Permafrost Ice Wedges Cause Tundra Polygons and Mounds
永久凍土の氷楔がツンドラのポリゴンを引き起こす仕組み。

また、北極圏の多くの地域では、山火事によって雪解けが促進されている。最近の研究では、北極圏の永久凍土地帯で森林火災が発生すると、火災後80年もの間、凍土の融解と垂直崩壊の速度が増加することが明らかになりました。

今後、気候の温暖化と山火事の両方が増加すると予測されているため、北半球の景観の変化率が高まる可能性があります。

近年の気候・環境変化の影響は、低緯度の北方林にも及んでいます。

アラスカ、カナダ、スカンジナビアでは、氷に覆われた永久凍土台地(隣接する湿地帯の上に重なる永久凍土の島)が急速に劣化しています。

その様子は、スゲや低木、樹木が湿地に沈んでいく貨物船のようである。

なぜそれが問題なのか?
北半球の生態系では、極寒の気温と短い生育期間により、枯れた植物や有機物の分解が長い間制限されてきました。

このため、世界の土壌有機炭素の50%近くが凍土に貯蔵されています。

湖が干拓地に、低木のツンドラが池に、北方低地の森林が湿地にと、現在起きている急激な変化は、埋もれた永久凍土の炭素の分解を早めるだけでなく、地上植生が飽和環境に崩壊することによっても分解を早めることになるのです。

ロシアは世界の永久凍土の大部分を占めている。2022年初めにロシアがウクライナに侵攻すると、長年にわたって国際的な協力関係を築いてきた同地での科学研究への資金提供を一時停止した欧米の機関もあった。©Joshua Stevens/NASA

ロシアは世界の永久凍土の大部分を占めている。2022年初めにロシアがウクライナに侵攻すると、長年にわたって国際的な協力関係を築いてきた同地での科学研究への資金提供を一時停止した欧米の機関もあった。©Joshua Stevens/NASA

赤い部分は、アラスカ北部の5つの公園で2050年代に予想される永久凍土の上のタリック(凍結していない地面)である。永久凍土の厚さは、気候条件や地形の歴史によって変化します。例えば、夏に融解する活性層の厚さは、アラスカ州プルドーベイ付近では1フィート以下、フェアバンクス付近では数フィートとなる。これらの地点より下の平均永久凍土厚はそれぞれ約2,100〜300フィート(約660〜90メートル)と推定されているが、大きなばらつきがある。©National Park Service

赤い部分は、アラスカ北部の5つの公園で2050年代に予想される永久凍土の上のタリック(凍結していない地面)である。永久凍土の厚さは、気候条件や地形の歴史によって変化します。例えば、夏に融解する活性層の厚さは、アラスカ州プルドーベイ付近では1フィート以下、フェアバンクス付近では数フィートとなる。これらの地点より下の平均永久凍土厚はそれぞれ約2,100〜300フィート(約660〜90メートル)と推定されているが、大きなばらつきがある。©National Park Service

気候モデルは、このような移行が悲惨な影響を及ぼす可能性があることを示唆しています。

例えば、Nature Communications誌に掲載された最近のモデリング研究では、永久凍土の劣化とそれに伴う景観の崩壊により、今世紀末までに強い温暖化が進むシナリオでは、炭素損失が12倍に増加する可能性があることが示唆されています。

永久凍土は現在の大気中の炭素量の2倍を保持していると推定されるため、これは特に重要です。

永久凍土の深さはさまざまで、シベリアの一部では3,000フィート、アラスカ北部では2,000フィートを超え、南に行くほど急速に浅くなります。

アラスカ州フェアバンクスの平均は約300フィート(90m)です。

このまま温暖化が進めば、深さ3メートル以下の浅い永久凍土の多くが融解する可能性があるとの研究結果も出ています。

さらに、酸素のない水浸しの環境では、微生物がメタンを生成します。

メタンは、二酸化炭素の30倍もの温室効果ガスですが、大気中に長く留まることはないため、地球を温暖化させる効果があります。

アラスカ州フェアバンクスのサーモカルスト湖に浮かぶメタンガスの氷の気泡。最近の研究では、これらの湖の地下深くで融解している永久凍土から排出される温室効果ガスが、気候の温暖化を加速しているとしている。©Katey Walter Anthony

アラスカ州フェアバンクスのサーモカルスト湖に浮かぶメタンガスの氷の気泡。最近の研究では、これらの湖の地下深くで融解している永久凍土から排出される温室効果ガスが、気候の温暖化を加速しているとしている。©Katey Walter Anthony

永久凍土の融解が気候に対してどの程度の問題になるかは未解決の問題です。

現在、永久凍土が温室効果ガスを放出していることは分かっています。

しかし、永久凍土の融解とそれに伴う地形の変化の原因と結果については、現在活発に研究が進められているところです。

ひとつだけ確かなことがあります。

以前は凍結していた地形が融解することで、高緯度の生態系の様相は今後何年にもわたって変化し続けるでしょう。

これらの地域に住む人々にとって、地盤沈下や土壌の不安定化は、道路の陥没や建物の沈下などのリスクやコストと共存することを意味します。

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

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