サハラ砂漠の砂塵は、これまで想像もできなかった方法で気候に影響を与える可能性があります。新しい研究では、サハラ砂漠の砂塵と波しぶきの反応により、温室効果ガスのメタンを分解する反応性塩素原子が生成されることが示唆されています。この反応は主に特定の種類のメタンで起こるため、大気中のメタンの特徴が変化します。この影響が世界中で影響を及ぼしているとすれば、生物源から実際にどれだけのメタンが放出されているかが不明瞭になる可能性がある。
メタン (CH4) は温室効果ガスとしては二酸化炭素 (CO2) よりも何倍も強力ですが、大気中ではさまざまな化学プロセスによってより早く分解されます。それにもかかわらず、産業革命以前の2.6倍に達している現在のメタン濃度が、これまでの温暖化の3分の1の原因であると推定されています。メタン排出の大部分は人間によって、一方では化石原料の燃焼を通じて、他方では農業を通じて引き起こされています。さらに、気候変動により、湿地などの自然源からのメタンの放出が増加しています。
大気を研究する場合、研究者は、化石源からのメタンと生物源からのメタンの量を推定するトリックを使用できます。メタン中の炭素は、C12 と C13 という 2 つの異なる安定同位体で存在し、化石源からのメタンの方がより高い安定同位体を持っています。したがって、C13 濃度は生物源に由来します。大気中の比率は劣化過程によって変化します。軽い C12 メタンは重い C13 メタンよりも速く反応するため、優先的に分解されます。そのため、さまざまな発生源からのメタンの割合を推定する場合、研究者は大気中でのこれまでに知られている分解プロセスを計算に含めます。それにもかかわらず、これでは説明できない、予想された比率と比較した季節的な異常が繰り返し発生しました。
砂漠の塵と波しぶき
オランダのアカシア・インパクト・イノベーションのマールテン・ファン・ヘルペン率いるチームによる研究は、潜在的に重要な分解メカニズムがこれまで見落とされてきたことを示唆している。「我々は、サハラ砂漠の塵と波しぶきの混合物がエアロゾルを形成するメカニズムを発見した」 「太陽光による活性化により大量の反応性塩素が生成される」と研究チームは報告している。塩素原子は軽質の C12 メタンと反応することを好み、一酸化炭素 (CO) を含めて分解します。これは、残留メタンの C13 含有量が不均衡である一方、一酸化炭素の C12 含有量が予想よりも高いことを意味します。
研究のために、研究者らは北大西洋南部のバルバドス島周辺地域からの大気サンプルを分析した。彼らは、これらのフィールド調査をグローバル モデリングで補完しました。海の上に吹き飛ばされたサハラ砂漠の塵からの鉄を含む粒子が、噴霧中の海塩と反応し、このようにして太陽光の影響で塩素を放出することが示された。また、バルバドス周辺のメタンと一酸化炭素の同位体組成におけるこれまで説明できなかった変動が、特に大量のサハラ砂漠砂がこの地域に吹き込まれた段階とよく対応していることも判明した。
メタンの生物学的発生源は過小評価されている
「北アフリカからの最近の粉塵の増加により、おそらく大気中のメタンの減少が増加していると思われます」とファン・ヘルペン氏は説明する。共著者であるコペンハーゲン大学のマシュー・ジョンソン氏は次のように付け加えた。「サハラ砂漠の塵や波しぶきのエアロゾルによるメタンの分解は、地球上のメタンに比べて比較的小さいが、我々のデータは、それがメタン中のC13の存在量に大きな変化を引き起こすことを示しており、それがメタン中のC13の存在量を決定するために使用される発生源の寄与は、どの発生源からどれだけのメタンが来るかを計算する際にこれまで考慮されていなかったため、以前の研究では、化石のC13が豊富な発生源からのメタンの割合が過大評価され、より多くのC13を含む生物発生源からのメタンの割合が過小評価されていました。」 C12.
「これを考慮して大気モデリングを調整すると、生物源からのメタン排出量が私たちが考えていたよりもさらに速く増加していることが分かるかもしれません」とヴァン・ヘルペン氏は言う。北大西洋で観察された影響が実際に世界中で同様である場合、大気中の地球全体の塩素濃度はこれまで考えられていたよりも41パーセント高くなる可能性があり、それに対応してメタン中の炭素同位体の比率にも影響が出る可能性がある。
船員による研究支援
サハラ砂漠の粉塵とスプレーエアロゾルの世界的な影響をより深く理解するために、研究チームはすでにさらなる研究を行っています。 「これを行うために、私たちは大気観測所や商船から提供される北大西洋全体の大気サンプルを分析します」とファン ヘルペン氏は報告します。 「船員たちは、アフリカの塵雲の中を航行する際にボトルに空気を充填することで、研究の進歩に貢献しています。これまでに500本のボトルを集めました。初期の結果は非常に有望に見えますが、結論を導き出すには丸 1 年間のデータが必要です。」
出典: Maarten van Herpen (Acacia Impact Innovation、オランダ、ベルンヘーゼ) 他、米国科学アカデミー紀要、 doi: 10.1073/pnas.2303974120
