海洋表面に堆積した大気中の塵は、海洋生態系に栄養を与える上で重要な役割を果たしているようです。衛星データとモデリングを使用した研究では、塵がすべての海洋生物の食料源となる植物プランクトンの成長を促進することが示されています。したがって、大気中の塵は、海洋の混合によって深層から地表まで運ばれる栄養素に補足的に寄与します。しかし、気候変動を考慮すると、研究者らはこの影響が将来的に変化すると想定しています。
海洋は地球規模の炭素循環において重要な役割を果たしています。大気中の二酸化炭素は水に溶解し、光合成中に植物プランクトンによって有機物質に変換されます。これらの一部は海底に沈み、そこで世界で最も重要な炭素吸収源の 1 つを形成します。また、混合によって深海の栄養分が表層に戻され、そこで植物プランクトンの成長に寄与します。植物プランクトンは、深層からの栄養分に加えて、風によって拾われたり、火山噴火の際に空中に飛ばされたりした陸上の栄養分も利用します。しかし、この大気中の塵の寄与を推定することはこれまで困難でした。
海の色は植物プランクトンに関する情報を提供します
オレゴン州立大学のトビー・ウェストベリー率いるチームは、これらの影響を世界で初めて定量化した。 「陸地を越えて大気中に吹き飛ばされた土壌粒子は、最終的に地表に堆積する前に、海を何千キロも飛び越えることがあり、そこで光合成とプランクトンの成長を刺激する可能性があります」とウェストベリー氏は説明する。 「最新の観測データを使用して、輸送される栄養素が海洋表層の生物学に反応を引き起こすことを地球規模で示しました。」
研究者らは衛星画像を使用して海の色を分析し、植物プランクトンの密度と健全性について結論を導き出した。緑がかった色は、クロロフィル含有量が高く、健康な植物プランクトンが豊富に存在することを示します。一方、青い水は植物プランクトンが少ない地域で見られ、栄養分が十分に供給されていないことが多いため、クロロフィルがほとんど含まれていません。彼らはこのデータを塵の輸送と堆積のモデリングと組み合わせました。 「海洋にどれだけの塵が堆積しているかを判断するのは難しい。なぜなら、堆積の多くは人工衛星が塵を見ることができない降雨時に起こるからである」と共著者であるメリーランド大学ボルチモア校のロレイン・レーマー氏は説明する。 「それが私たちがモデルを使用した理由です。彼らは利用可能な観測データを使用してこれを検証しました。」
影響は地理的緯度に依存します
粉塵の発生地域に応じて、鉄、リン、窒素といった関連栄養素の含有率が異なることが判明した。これは、光プランクトンの成長にさまざまな影響を与えることを意味します。しかし、粉塵自体の組成に加えて、粉塵が到着する環境条件も重要な役割を果たします。研究チームは、赤道付近の地域の塵は主に植物プランクトンの健康を改善するが、量は改善しないことを発見した。 「この結果は、低緯度におけるプランクトン生態系に関する現在の理解と一致しています」と研究チームは説明する。これらの地域の生態系は通常非常に安定しているため、植物プランクトンとその消費者の間には緊密なバランスが保たれています。利用可能な栄養素の増加によりより多くの植物プランクトンが生成されると、新たな生産物はすぐに消費されてしまいます。
「対照的に、高緯度での生育条件は季節を通じて絶えず変化しており、この変動により植物プランクトンの存在量と減少率の間のより強力な切り離しが実現される」と著者らは述べた。実際、高緯度での塵の堆積が植物プランクトンのバイオマスの増加につながることを発見しました。
海洋と気候の相互作用
研究チームは、海洋表面への塵の堆積により、植物プランクトンの一次生産の一部としてさらに約 2 億 5,500 万トンの炭素が変換されると推定しています。これは世界の炭素吸収量の 4.5 パーセントに相当します。 「この寄与の地域差はもっと大きく、年間表層海洋から輸出される粒子状炭素の20から40パーセントの範囲である可能性がある」とウェストベリーと彼のチームは報告している。その結果、海洋の大気中の塵は大気中の CO2 レベルを調節するのに役立ち、それが地球温暖化の重要な要因となります。 「地球の温暖化が進むにつれて、大気と海洋の関係が変化すると予想しています」とウェストベリー氏は語った。研究で確立された方法は、これらの変化を理解するのに役立ちます。
出典: Toby Westberry (オレゴン州立大学、コバリス、米国) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.abq5252
