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「EOE炭素循環」の訳
the encyclopedia of earth (以下EOE)(に関する日本語の説明はwikipediaなど)の、Carbon cycle(炭素循環)の記事を訳してみました。
元は、庭しんぶん明峰さんの社説071128に関する、部分的反論というか、の論拠だったんですが、
こいつの訳は1月におわってたのに(おかげで原文はすでにupdateされている。が、読んだけど大差はなかったよ)、残りが終わるのがいつになるかあやしくなって来たので、
とりあえずこいつだけあげておいちゃおうと。
原文は、二酸化炭素の増加と地球温暖化問題の、最新の知見のわかりやすい要約になっているとおもいます。訳文がそうであるかは、私にはわかりませんが。
明峰さんの社説071128の論旨を僕なりに乱暴に要約すると、
a「地球温暖化を防止するために二酸化炭素を吸収する森林を増やそう」
b「足りない分はできた木材をうめちゃおう」
という2文になるかと思います(乱暴だなあ)が、これには総論賛成だけど、注意すべき点がいくつかあると思います。
aに関して
1。二酸化炭素の収支を現代科学はバランスできていない:二酸化炭素排出をどれだけ減らせば大気中の二酸化炭素がどれだけ減るか、予測は困難。
2。日本での拡大造林の失敗事例など、生態系の大規模な改変は大概失敗する。
(同じ齢の造林地が大きいと、害虫、害獣の大発生がおきます。ノウサギ、ネズミ害は外来種のカラマツを大量に一斉に導入したための人災です。また消費のときも、今の道内のカラマツのように値崩れをおこして持続的商業が成立しません。結論は、ちょっとずつしか増やせない、ってことです)。日本らへんだと温暖化で台風の頻度と強度が増大。他だと降雨の分布がシフト。そもそも造林が成立しないリスクもあります。
bに関して
は、他の二酸化炭素吸収計画(スールー海に尿素を撒いて植物プランクトンに、とか、溶岩にすわせて方解石に、とか)とともに、やってみないとどーなるかわからない部分があり、それらのリスクは二つ。
1。できもしない(かもしれない)技術が二酸化炭素排出の免罪符になってしまう。
2。より生態系に絡む技術ほど、どーなるかわからない(スールー海尿素>木材埋蔵>溶岩方解石)。
第三としては、a-1がらみですが、地球系内の二酸化炭素は、単純に引き算しても減らない可能性があることですね。
さらに、二酸化炭素の増加に対する地球温暖化進行は比例関係にはなく、
あるところでぱちんと海洋の熱塩循環が切れたり(するとどうなるかは、大げさには映画the day after tomorrowなんかで見れます)、深海のメタンハイドレートが放出して二度と後戻りできなくなる点があることがしられています。現状ではその点がどこか不明で、もうすでにわたってしまった可能性すらゼロではないという...
こんなとき、最も役に立つのは予防原則。
つまり、能動的に大気中の二酸化炭素を減らす、実現可能かどうか不明な技術に頼るより、
化石燃料の消費を削減するというやや受動的な態度のほうが予測の困難さがなくてよいかもです。


木材利用の埋める以外の代替案としては、要は利用期間の延長:たとえば、
住宅としての利用、廃材をさらに住宅として利用、どうしようもないのは薪や燃料ペレット、もしセルロース起源アルコールが実用化できれば動力燃料として利用すると、蓄積が大気にかえるまでの平均的な待ち時間が延長されるので有利かもしれません。



前置きが長くなりました。
いかに地球の大気中の二酸化炭素の蓄積がめんどくさいプロセスからなっているかは、
よくできたEOEの炭素循環の解説文にゆずります。きれいな図表も原文参照。ついでになじみがうすいかもしれない項目のうち、日本語wikipediaで解説のあるものにはリンクはっときました。他にもわけのわからん語があれば、質問があれば僕の能力の及ぶ範囲でお答えします。
上記の他の問題は、反響がゼロでなくて、僕に余裕があれば、いずれ、そのうちに。

のまえにもう一つ蛇足、この訳文ですが、creative comonsにそんなに反していない条件で勝手に訳していますが、
もし問題があればあやまって修正/削除します。



炭素循環 Carbon cycle { }は原の訳注、[ ]は訳語の原語


主著者:Michael Pidwirny
記事のTopics:生物地球化学Biogeochemistry、大気科学Atomospheric science、気候変動Climate change
この記事は以下のTopic編集者によりreviewされ、正式に承認された:Jay Gulledge
最終更新日:2007年12月21日

Contents表
1 光合成と呼吸
2 海の中の炭素
3 地圏Lithospereの炭素
4 炭素循環における人間の役割
5 ”失われた"炭素
6 大気中の二酸化炭素の近年の動向
7 追加して読むべきもの

すべての生物は元素[element]炭素でできている。炭素は、化石燃料から生物の遺伝的再生産を調節する複雑な分子(DNAとRNA)にいたるまでの、有機物の主要な構成部分である。しかし、地殻[Earth's crust]において、炭素は、重量ではもっとも豊富な元素ではない。実際、地圏[lithosphere]は重量で0.032%の炭素を含むにすぎない。対照的に、酸素やケイ素はそれぞれ地球表面の岩の45.2%、29,4%を占める。

炭素は我々の惑星で、以下の主要なsinksに蓄えられている(図Figure 1と表Table 1):(a) 生物圏biosphereで見られる生きている/死んでいる生物中の有機分子として;(b) 大気中[atomosphere]の二酸化炭素ガスとして;(c) 土壌中の有機物質として;(d) 地圏で、化石燃料や、石灰岩[limestone]、苦灰岩[dolomite]、白亜[chalk]などの堆積岩の蓄積として;(e) 海で、大気からの二酸化炭素がとけ込んだものとしてや、海の生物の炭酸カルシウムの殻として。

図1の訳
Atomosphere Carbon Store:大気中の炭素の蓄積
Fossil Fuel Emissions:化石燃料の放出

Lithosphere Carbon Store:地圏の炭素の蓄積
Coal, Oil & Gas:石炭、石油、天然ガス
Limestone & Dolomite:石灰岩と苦灰岩
Marine Deposits:海の堆積物

Biosphere Carbon Store:生物圏の炭素の蓄積
Biomass:生物(総)重量
Deforestation:脱森林化(森林破壊)
Soil Organic Matter:土壌の有機物質

Ocean Carbon Store:海洋の炭素の蓄積
Aquatic Biomass:水棲生物の生物(総)重量

Diffusion:拡散(溶解)
Photosynthesis:光合成
Respiration & Decomposition:呼吸と分解

1 光合成と呼吸
生態系[ecosystem]はその炭素の大部分を大気から得ている。多くの独立栄養[autotrophic]生物が、このガスを彼らの細胞に取り込む特殊な機構をそなえている。水と太陽の放射[solar radiation]のenergyを加えて、これらの生物は光合成[photosynthesis]を用いて、二酸化炭素を炭素に基づく糖分子へと化学的に変換する。毎年、陸上植物の光合成により110 petagrams(1 petagram = 10^15 grams = 10^12 kilograms = 1210億tons)が大気中から生物相biotaに固定される。これらの分子は、さらにこれらの生物によって、代謝され他の元素を加えることで化学的に変化させられて、さらに複雑な化合物であるタンパク質やセルロースやアミノ酸などを生産するのに使われる。植物によってつくられた有機物質は従属栄養[heterotrophic]な動物に消費されることで栄養段階があがる {英語的には栄養段階downと表現} 。

炭素は呼吸過程によって、生態系から二酸化炭素として放出される。呼吸は植物と動物双方でおこなわれ、炭素に基づく有機分子を二酸化炭素と他の福次生産物に分解することでおこる {酸素をつかって} 。腐食連鎖[detritus food chain]は、有機物質を非生物的な物質に分解することを生態的役割とする多くの生物を含んでいる。毎年、腐食者[detrivores]以外の生物による呼吸によって、二酸化炭素のほとんど半分近く(50 petagrams = 551億tons)の光合成によって固定された二酸化炭素が大気圏に戻る。他の大気圏からbiotaへの炭素の流れ[flow]は、腐食連鎖の一部を形成する。部分的に分解された有機物質は、土壌の炭素貯蔵poolの一部となる。やがては土壌中の有機物質はその構成要素である水と二酸化炭素に分解され、大気圏に戻る。この炭素の流れは腐朽[decay]として知られ、60 petagrams (662億tons)になる。呼吸とあわせて、大気圏から光合成に寄って取り除かれた炭素の、すべてではないがほとんどがこれらの流れによってもとにもどる。

2 海の中の炭素
二酸化炭素は、単純な拡散によって海水中に入る。いったん海水に溶けると、二酸化炭素はそのままの状態にとどまるか、炭酸イオン[carbonate] (CO3^-2) または重炭酸イオン[bicarbonate] (HCO3^-) に変換される。CO2が海に入ると、炭酸[carbonic acid]が以下の式のように形成される:
CO2 + H2O ? H2CO3
この反応は正反応率と逆反応率をもち、化学平衡[chemical equilibrium]に達する。他の海のpH水準を調節する重要な反応は、水素イオンと重炭酸イオンの解離である。この反応は、pHの大きな変化を調節する:
H2CO3 ? H^+ + HCO3^-
海の生物のなかには重炭酸イオンをカルシウム {イオン} (Ca^+2) で固定し、炭酸カルシウム[calcium carbonate] (CaCO3) を形成するものがある。この物質は珊瑚や貝や牡蠣、ある原生動物[protozoa]やある藻類[algae]のような生物の、殻や他の体の部分を作るのに使われる。これらの生物が死ぬと、彼らの殻や他の体の部分は海底に沈み、炭酸の多い堆積物として蓄積する。長い時間の後では、これらの堆積物は物理的/化学的に変化して、堆積岩となる。海の堆積物は、この惑星上で最大の炭素のsinkである(表1)

{ source-sink, stock flowは、源と消費される/流し去られるところ、貯蓄と流れと対比される、資源の供給源と消費地、貯蓄と流れをあらわす、英語でよく使う概念。sinkは台所の流しと同語。日本語に訳するとまちまちになってややこしいので原語のままとする}


表1:地球上の主要な炭素貯蓄の推定値
Sink         億tons量(m法)
大気         5780(1700年)ー7660(1999年)
土壌の有機物質    15,000〜16,000
海洋         380,000〜400,000 
海洋の堆積物と堆積岩 660,000,000〜1000,000,000
陸上植物       5,400〜6,100
化石燃料埋蔵量    40,000

3 地圏Lithospereの炭素
炭素は地圏に、無機態、有機態両方で蓄えられている。地圏における無機態の炭素の埋蔵物としては、石炭、石油、天然ガス、oil shale {石油を含んだ砂} のような化石燃料や、石灰岩のような炭酸を基質とする堆積岩がある。地圏における有機態の炭素には、土壌中の植物遺骸Litter、有機物質、フミン質humic substances {ここなんか参照http://www.eic.or.jp/ecoterm/?act=view&serial=2326}などが含まれる。二酸化炭素のある割合は、火山によって地圏内部から放出される。火山から放出される二酸化炭素は、炭素が豊富な堆積物や堆積岩がプレート境界地帯tectonic bondary zonesの下に引き込まれて、部分的に溶解したときに地圏下部に入ったものだ。

4 炭素循環における人間の役割
近年まで、化石燃料に蓄えられた炭素の大気への流れは、非常に少ない-ほとんどゼロだった。化石燃料の蓄積は、炭素循環の"dead-end"となっていた。産業革命Industrial Revolutionが石炭、石油、天然ガスの利用を増加させた。化石燃料を燃やすことで、それらを二酸化炭素と水に分解する過程ができた。2000年、人類は460万tonsの石炭、281億barrels {1 barrelsは米国で石油の場合42 gallons = 158.98リットルだから、4兆4673リットル} の石油、89兆立方feet {1 footは0.3048mだから、1立方footは0.02831684659立方m、ゆえに2.52兆m^3} の天然ガスを燃やし、約6.5 petagrams (71.66億tons)の炭素を化石燃料の貯蔵poolから大気に放出させた。

化石燃料の燃焼のみが経済活動に影響された炭素循環の唯一の流れではない。人類文明の拡大以前は、光合成による吸収と、呼吸と腐朽による放出はほとんど等しかったので、biotaに蓄積された炭素の年々の変化量はゆっくりとしたものだった。しかし、人類の活動は生物的貯蔵poolを撹乱した。過去数百年にわたり、人類は脱森林化deforestation {森林破壊と人間主語で訳してもよいが、本来は森が主語で、これを森林破壊とした場合はreforestation再森林化:植林など、や、Forest transition:人間が森を切らなくなって勝手に森が再生すること、との対応がしずらくなるので、このへんてこな訳語を創出したが、原語で御記憶されたし} として知られる過程により森林に覆われた地域を減少させてきた。木々の数を燃やしたりand/or伐倒して腐るにまかせたりすることによって、deforestationによりbiotaに蓄積される炭素の量が減る。これらの炭素は大気へ流れる。1990年代には、deforestationと他の土地利用の変化は、一年あたり1-2 petagrams(11-22億tons)の炭素をbiotaから大気へ流させた。

もうひとつの重要な流れの組が、大気から海洋へと、海洋から大気へと炭素を移動させる。ずっと長いこと、これら二つの流れは大まかに等しかった。このbalanceは、高濃度の貯蔵場所から低濃度の貯蔵場所への恒常的な炭素の流れによってつくられ、維持されてきた。これらの移動に寄って、大気と海洋の間では炭素の量の平衡がつくられていた。

この平衡は化石燃料の燃焼とdeforestationによって混乱させられている。これらふたつの流れが大気に炭素を加え、海洋に比べて大気中の炭素濃度を上昇させている。大気中の炭素濃度が上昇したことによって、炭素は恒常的に大気から海洋へながれるようになった。この流れの大きさはRevelle因子[Revelle Factor] { Roger Revelleは地球温暖化研究の第一人者} と名付けられた負のfeedback loopによって制限されている。Revelle Factorは大気から海洋への炭素の流れを、海洋から大気への炭素の流れと比較して遅くする。二酸化炭素が海洋に溶けるにしたがって、それは海洋のpHを引き下げる(海洋をより酸性にする)。低いpHは、二酸化炭素が海洋に溶ける率を低下させる。現在、大気から海洋への炭素の流れは、海洋から大気への炭素の流れよりも2 petagram (22億tons)多い。

5 ”失われた"炭素
globalな炭素循環は、(質量)保存則[law of consevation]で統治されていることは、科学的に確かであるにもかかわらず、科学者たちは貯蔵と流れを"balance"できていない。つまり、大気へと大気からの炭素の流れの、最良の推定値を足し合わせると、推定されるよりも少ない炭素しか大気中に存在しないことが示されるのだ。1990年代には、大気は約3 petagram(33億tons)の炭素が大気から失われた。これらの失われた炭素は、未知の炭素sinkと関係している。

この未知の炭素sinkは、炭素を大気から持ち去る未知の機構and/or科学者の推定よりも炭素をすばやく持ち去る既知の機構である。未知の炭素sinkに関する、いくつかの仮説がある。多くは大気中の二酸化炭素濃度に関係する負のfeedbackに基づいている。その仮説の一つは、二酸化炭素濃度が上昇すると、純一次生産[net primary production] {光合成ー呼吸} が高まって、それが大気から二酸化炭素をのぞく割合を増加させるというものである。実験は、植物が高い二酸化炭素濃度のもとで早く成長することを示しているが、この増加が実世界で有意かどうかは明白ではない。もし植物の生長が大気中の炭素の利用可能度[availability]で制限されていないならば、その濃度が上昇しても生長は増加しない。他方で、この機構は植物への窒素のavailabilityを増加させる人間の活動によって加速させることができるかもしれない。

他の未知の炭素sinkに関する仮説は、気候に注目している。大気中の二酸化炭素濃度が上昇することは、部分的にglobalな気温の上昇と関係がある。世界が暖かくなれば、それで植物の生長がよくなり、植物が純一次生産により大気中から炭素を持ち去るのを加速するかもしれない(図2)。最近の研究は気候変動が北半球の中緯度から高緯度地域で植物の生長を促進していたことを示唆している。気候のglobalな変化は植物の生長に対するいくつかの決定的[critical]な気候上の制限要因を緩和した。生長、たとえば純一次生産は、globalに6%(18年間で3.4 petagramsの炭素)増加した。最大の増加は熱帯生態系でおこった。Amazonの雨林[rain forests]はglobalな純一次生産の増加の42%を占めたが、主として雲による覆いが減少し、結果として太陽の放射が増加したためであった。

図2 1982年から1999年までの、純一次生産の増加の推定値の空間的分布(Source:「1982年から1999年における、気候変化がもたらしたGlobalな陸上純一次生産の増加」Ramakrishna R. Nemani, Charles D. Keeling, Hirohumi Hashimoto, William M. Jolly, Stephen C. piper, Compton J. Tucker, Ranga B. Myneni, and Steven W. Running (6 June 2003). Science 300 (5625), 1560. )

他の可能性としては、気温の上昇は腐朽の率を高めるかもしれない。腐朽は、それまで有機物質に"閉じ込められていた[tied up]”栄養素を自由にする。もしこれらの栄養素がLeibigianな意味で { Justus von Liebigの最小律のことか?Liebigianの間違い?
} 制限されているならば、供給の増加は純一次生産を加速し、したがって大気から二酸化炭素をのぞく率が高められるだろう。しかし、もしその栄養素が制限されていないならば、腐朽の割合が高められることで、大気中への二酸化炭素の流れは増大するだろう。

6 大気中の二酸化炭素の近年の動向
科学者たちがglobalな炭素循環をbalanceできていないとはいえ、大気中に入る炭素の量が、大気からとりのぞかれる炭素の量よりも多いことは明白である。過去30年間にわたり、大気に蓄えられた炭素の量は増加していて、われわれはそれを大気中の二酸化炭素(CO2)濃度の有意な上昇ととして見ることができる(図3)。Mauna Loa curve {Mauna Loaはハワイの高山。天文台や炭酸ガス濃度監視点がある} と呼ばれる図が、1959年から2004年の間に、大気中の炭素 { 原文のまま。二酸化炭素の間違い} 濃度が317 ppm(百万分率)から377ppmに上昇したことを示している。大気中の二酸化炭素量は保持される熱の量に影響を与え、それがglobalな気候を変えるかもしれないので、この増加は懸念材料である。この増加は一本調子ではないことも考慮せよ。各年内において、二酸化炭素濃度は上昇した後下降する。この年cycleはわれわれに惑星の"呼吸"を見せてくれている。

図3 The Mauna Loa curve. (Source: 「動向: Globalな変化のdataの概要」U.S. Energy省 Oak Ridge国立研究所、二酸化炭素情報解析Center、Oak Ridge, Tenn., U.S.A.内の章 Keeling, C.D. and T.P. Whorf. 2005「SIO空気sampling network sitesによる大気中の二酸化炭素の記録」)。

Mauna Loaの大気中のCO2の計測値は、世界中でもっとも長い大気中のCO2濃度の連続記録である。Mauna Loa地点はもっとも好適な、撹乱されていない大気の観測地点だと考えられている。なぜなら、局所的な植生や人類の活動が大気中CO2濃度に与える影響が最小であるし、記録からすべての火山の噴出口の影響は排除できるであろうから。これらの計測値を得るのに使用される方法と機材は、47年間のmonitoring programの間本質的に変わらないようにされている。

7 追加して読むべきもの
・PhysicalGeography.net {物理的な地理学.net}
・「1982年から1999年における、気候変化がもたらしたGlobalな陸上純一次生産の増加」Ramakrishna R. Nemani, Charles D. Keeling, Hirohumi Hashimoto, William M. Jolly, Stephen C. piper, Compton J. Tucker, Ranga B. Myneni, and Steven W. Running (6 June 2003). Science 300 (5625), 1560.
・globalな炭素循環を理解する The Woods Hole研究Center

引用 {は原文でどーぞ}

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コメント
うご、エディタ画面では化けていたが、きちんと表示されてる。ゆえに矢印も修正。 -----
| 原 拓史 | 2008/03/09 4:48 PM |
うわあ、得意技誤字炸裂。ご指摘ありがとうございます。修正しました。 そこの反応式ですが、→になってますが、本当は平衡なので両方矢印なのです。しかし、FireFoxは?こんなにしか表示してくれないので、→にしてます。これらの反応は逆にも進むことに注意してください。
| 原 拓史 | 2008/03/09 4:47 PM |
ははは、暇なのか現実逃避なのか微妙だが、面白いことやってますな。 2。海の中の炭素のところで、反応を反央と書き間違いあり。 他は、、、読み途中で、、、一時退却します。
| くまはらくまを | 2008/03/09 12:50 PM |
hey! 元気ですか?龍大の里山ORCのページを読んでいて、原さんの名前が出てきたので元気にしているかと気になりました。いかがおすごしですか。
| ゲスト | 2005/09/22 12:54 AM |
わすれちゃいけない「遠くまで」 これはシングルverを聞くべし! Desire, 真実の詩、柊、Taoううう、書ききれない。 我が家のステレオ(Apple G5with iTuneにつながれたDennon D-101+本間さん手製スピーカーが今夜はDAIをかけつづける。木造の床、家そのものが反響する一軒家。 そして、Drinking Beer... 長尾さん、北海道がお好きのご様子。 いらっしゃったとき、ぜひご一報を!くれないか。
| 原 拓史 | 2005/09/19 3:09 AM |
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