温室効果ガスであるメタンは、二酸化炭素の 25 倍も気候に影響を与えます。今回の研究により、このガスの重要な発生源が見落とされ、モデルではほとんど考慮されていないことが明らかになりました。想定に反して、酸素の乏しい湿地、沼地、湖の堆積物からメタンが放出されるだけでなく、ほとんどの大きな湖の酸素が豊富な表層水からもガスが放出されます。研究者らの報告によれば、世界中の湖からのメタン排出量の60パーセントは、このいわゆる酸素性メタンの生成によるものである可能性がある。これはまた、温暖化が進むにつれて内水域からのメタン排出がこれまでの想定とは異なる展開をすることを意味する可能性がある。
二酸化炭素に次いで、メタン (CH4) は大気中で 2 番目に重要な温室効果ガスです。その滞留期間は 12 年と長く、CO2 よりもかなり短いですが、温室効果はかなり強いです。世界気象機関 (WMO) はつい最近、地球の大気中のメタン濃度が新たな記録レベルに達したと報告しました。この温室効果ガスの濃度は現在、産業革命前のレベルを 259 パーセント上回っています。しかし、1869 ppb のうち人為起源のものはわずか約 60% であり、残りは自然起源であり、水域、湿地、堆積物に由来します。 「推定によれば、内水はメタン総排出量の約20パーセントを占めています」とスウォンジー大学のマルコ・ギュンテル氏らは説明する。
酸素が豊富な水からもメタンが発生する？
しかし、これまでのところ、重大な限界があった。「生物地球化学における基本的な仮定は、生物学的メタン生成は無酸素条件下でのみ起こるということだ」とギュンテル氏と彼のチームは述べた。したがって、特殊な微生物が酸素の少ない水や土壌でこの温室効果ガスを生成します。したがって、研究者らが報告しているように、十分に空気を含んだ水はまだ重要なメタン発生源とはみなされておらず、気候モデルや世界のメタン排出量にもまだ考慮されていない。しかし、最近、生物起源のメタンの純粋な無酸素状態の形成について疑問を提起する個別の研究がありました。 「大きな懐疑にもかかわらず、さまざまな科学者は、たとえこの考えがメタン研究の確立されたパラダイムに反するとしても、酸素が豊富な水域でもメタン生成が起こることを繰り返し発見しています」と研究者らは言う。
だからこそ、ギュンテルらは現在、ブランデンブルク州のシュテクリン湖での長期研究の一環として、これらの観察結果を確認しているのである。この湖は深さが最大 70 メートル、大きさが 4.25 平方キロメートルあり、特にきれいで、栄養分が少なく、換気が良いと考えられています。研究者らは実験のため、2014年、2016年、2018年に湖のさまざまな地域から定期的に水サンプルを採取し、地表水中の溶存メタンの濃度、水面からのメタンの放出、温度などのさまざまな環境パラメータを測定した。風と水層の混合。彼らはこれらの値を、開放水域と側壁で区切られたいくつかの水域の両方で記録しました。
半分以上は地表から来ています
評価の結果、一般的な想定に反して、水面から放出されたメタンの大部分は湖の底からではなく、酸素が豊富な表層水から来たことが分かりました。 「平均して、酸素性メタンの生成は、湖の北東部では地表メタン排出量の64パーセントを占め、南部では約50パーセントを占めた」とギュンテル氏らは報告している。 「したがって、湖系全体のメタン排出に大きく貢献したのです。」彼らの実験により、これらの温室効果ガス成分は酸素が豊富な水中で直接生成され、湖の底から上昇してきたものではないことが確認されました。研究者らは、データに基づいて、酸素性メタン生成の割合は湖のサイズに依存するとも仮定している。1平方キロメートルを超える地域では、地表水からの酸素性メタン生成量が、堤防の泥や湖底からの無酸素性メタン放出量を上回っている。
ギュンテル氏らによると、これらの結果は、水質が良く酸素が豊富な湖が、これまで過小評価されていたメタンの発生源であり、おそらく世界中で存在していることを示唆しているという。補足的なモデル研究では、湖からの世界のメタン排出量の平均 66% が酸素の生産によるものであると計算されました。研究者らが説明しているように、温暖化は水中のメタン生成生物の条件も変化させるため、この発見は気候変動の文脈でも重要である。酸素が豊富な水層では、さまざまな藻類がメタンを生成していると考えられています。もしそれらが暖かい水中で増殖すれば、将来的には水からの酸素性メタンの排出も増加する可能性がある。 「湖におけるメタンの生成は、生化学的プロセスと物理的プロセスの複雑な相互作用に基づいており、その一部はまだ十分に理解されていない、または不明です」とギュンテル氏は述べています。 「私たちの研究がこのテーマに関するさらなる研究を刺激し、地球規模のメタンサイクルを完全に理解し、気候変動予測を改善することを願っています。」
出典: Marco Günthel (スウォンジー大学) 他、Nature Communications、 doi: 10.1038/s41467-019-13320-0
