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奇妙で不気味な場所だ。炭酸ガスは一年を通して周期的に現れ…そして消えていく。もし私たちが二酸化炭素(CO2)を目で検出できたら、この惑星はどのように見えるだろう?NASAのグローバル・モデリング及び同化室の研究者らは、大気中の二酸化炭素の存在についてコンピューター・アニメーションを作成した。これらのビデオは、このガスの影響下にある地球のほとんど異星人のような景色を示している。

NASAのチームは3つのアニメーションを作成し、いずれも2021年を通しての二酸化炭素レベルを示している。それぞれ、化石燃料、バイオマスの燃焼、陸地の生態系、海洋という4つの主要な要因を示している。北米と南米を示す図では、植物が光合成によってガスを吸収し、冬の間に放出する結果を見ることができる。主に化石燃料の燃焼から排出されるガスが、アメリカ北東部沿岸に強く寄与している。また、アマゾンの熱帯雨林の上空でもガスの増減がある。研究チームは、これは植物が昼間に炭素を吸収し、夜間に放出すると解釈している。

アニメーションはまた、アジアにおける発生源と吸収源(CO2が吸収される場所)を示しており、中国上空で驚くほど大量の化石燃料が排出されていることを示している。オーストラリアのような他の地域では、このガスの吸収量ははるかに多く、人口が少ないため排出量は少ない。

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2021年のアジアとオーストラリア上空の二酸化炭素測定。これはNASA Science Visualization Studioによって作成されたビデオからの静止画。

3つ目の映像は、ヨーロッパにおける化石燃料の排出と、アフリカにおける農作物の伐採による火災の寄与を示している。全体として、このビデオは、大気中における温室効果ガスの存在とその循環について非常に明確な見解を示している。(その他のビデオはこちらからご覧いただける。)

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2021年のアフリカ上空の二酸化炭素循環を示すビデオの静止画。(Credit: NASA Scientific Visualization Studio)

このガスが大気中に存在するのは地球だけではない。火星や金星の大気にもあることがわかっている。そしてつい最近、JWSTが太陽系外惑星でこのガスの痕跡を発見したと報告した。つまり、このガスが惑星の大気で役割を果たしていることは明らかなのだ。

二酸化炭素の発生源

二酸化炭素は世界の気候サイクルの重要な一部である。太陽の光は地球を照らし、二酸化炭素はその熱を閉じ込めて地球を居住可能な状態に保つのに役立っている。熱を閉じ込める機能がなければ、地球はもっと違った寒い場所になっていただろう。異なる生命体も存在するかもしれない。つまり、この温室効果ガスが地球の住みやすさを支えているのだ。しかし、気候変動とその影響についても、温室効果ガスのせいにしている。この温室効果ガス(およびメタンなどの他の温室効果ガス)の量が多すぎると、熱がこもりすぎるのだ。結局、この温室効果ガスが世界を温暖化させ、悲惨な影響をもたらしているのだ。

この温室効果ガスによる気候変動は複雑な研究プロセスだが、二酸化炭素がその一部であることは明らかだ。地球上には、自然発生的なものと人為的なものの2つの発生源がある。自然の二酸化炭素源は、大気中に放出されるガスの大部分を供給する。海洋、動植物の呼吸、有機物の分解、森林火災、火山の噴火などである。科学者たちは、地殻に自然に存在するCO2堆積物のいくつかを知っており、それらもCO2発生源として機能する可能性がある。また、ガスが一定期間閉じ込められる「吸収源」もある。海(特に南の海)、土壌、森林はすべて、他の植物とともにCO2を「吸収」している。これらの吸収源は、蓄積されたガスを放出することができる。

人為的な(あるいは「人為的な」)発生源としては、発電、化学物質の生産、農作業、輸送などが挙げられる。これらのほとんどは化石燃料の燃焼を伴う。化石燃料とは、天然ガス、石炭、石油のことである。

CO2の時間サイクル

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地球上の二酸化炭素を追跡する炭素循環。 (Courtesy: NOAA)

つまり、二酸化炭素は、大気、地面、海洋、植物、人間、動物の中で交換される自然の「サイクル」を経ているのだ。歴史の大半を通じて、このサイクルは大気中の二酸化炭素の季節平均を推定280ppm前後に保っていた。現代では、化石燃料の燃焼やその他の人間活動が、このサイクルにさらにCO2を追加し、大気中のCO2量を変化させた。そのペースは加速し、200年足らずで50%も増加している。現在、CO2の量は約441ppmであり、私たちがより多くのガスを大気中に送り込んでいるため、その量は増え続けている。気候学者は、CO2が上昇するにつれて、地球の平均気温も上昇し続けるだろうと予測している。

歴史的な観測が始まってからの地球の平均気温を見ると(CO2の排出量が少なかった時代)、地球の気温は10年ごとに約0.08℃上昇している。自然変動も一定の役割を果たすが、二酸化炭素の増加によって、その役割はますます大きくなっている。その結果、1世紀以上にわたって気温は2度上昇した。これは、大気中に含まれる二酸化炭素の量が増加しているためである。たとえ1度でも重大な影響を引き起こすには十分である。遠い昔、地球の平均気温が1~2度下がったとき、地球は小氷河期と呼ばれる現象に見舞われた。

温暖化が変化を促す

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1880年から2020年までの世界の気温の変化を示すグラフ。 (Courtesy MET Office Hadley Centre/Climactic Research Unit.)

大したことではないと思われるかもしれないが、2度は気象パターンや水循環、その他の環境プロセスを変化させるのに十分である。このような緩やかな温暖化が、専門家がしばしば「地球温暖化」と呼ぶ理由である。どこもかしこも一度に暑くなるわけではない。年間の平均気温が上昇しているということだ。2022年は、1880年に世界的な記録が始まって以来、6番目に暖かい年であった。

NASAの衛星データから得られたような、CO2の発生源、吸収源、サイクルの地図やアニメーションは、この特殊なガスのサイクルを詳細に示している。このアイデアは、私たちの大気が時間とともにどのような変化を経験するのかを、視覚的かつ知的に理解してもらうことである。


この記事は、CAROLYN COLLINS PETERSEN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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