北極圏のメタン排出量

北極からのメタン排出は、大気中のメタン濃度の上昇に寄与している。北極地域は温室効果ガスであるメタンの多くの自然発生源の1つであるが、現在では気候変動の影響により、人為的な要素も加わっている。^{[ 2 ]}北極では、人為的なメタンの主な発生源は、永久凍土の融解、北極海の海氷の融解、クラスレートの分解、グリーンランド氷床の融解である。メタンは強力な温室効果ガスであるため、このメタン放出は気候変動の正のフィードバック（温暖化を増幅させるもの）をもたらす。^{[ 3 ]}地球温暖化により永久凍土が融解すると、大量の有機物がメタン生成に利用可能になり、メタンとして放出される可能性がある。^{[ 4 ]}

2018 年頃から、大気中のメタンの世界的濃度は一貫して上昇しており、2020 年の増加は 15.06 ppbで、1991 年に記録された過去最高値 14.05 ppb を上回り、2021 年にはさらに大きな増加 18.34 ppb を記録しました。^{[ 5 ]}しかし、現在、北極とこの最近の加速を結びつける証拠はありません。^{[ 6 ]}実際、2021 年の研究では、北極からのメタンの寄与は一般的に過大評価されており、熱帯地域の寄与は過小評価されていることが示されました。^{[ 7 ]}

それにもかかわらず、北極が世界のメタン動向に果たす役割は、将来的に増大する可能性が非常に高いと考えられている。2004年以降、温暖化に関連してシベリアの永久凍土地域から大気中へのメタン排出量が増加しているという証拠がある。^{[ 8 ]}

_{2050年までにCO2}排出量を削減する（つまり、ネットゼロ排出量を達成する）だけでは、将来の北極海の夏の海氷の消失を阻止​​するにはおそらく不十分です。メタン排出量の削減も必要であり、これはさらに短い期間で実施する必要があります。^{[ 9 ]}このような削減活動は、石油・ガス、廃棄物、農業の 3つの主要セクターで実施する必要があります。利用可能な対策を使用すると、2030年までに年間約1億8000万トン、つまり現在の（2021年）排出量の約45%を世界的に削減できる可能性があります。^{[ 10 ]}

NOAA の大気中のメタン濃度の年間記録は1984 年以降更新されています。1980 年代には大幅な増加が見られ、1990 年代には年間増加が鈍化し、2000 年代初頭には横ばい (大気中の濃度が減少した年も含む)、2007 年以降は再び一貫して増加しています。2018 年頃からは、世界のメタン濃度は一貫して毎年増加しており、2020 年の増加は 15.06 ppb で、 1991 年に記録された過去最高の増加 14.05 ppb を上回り、2021 年はさらに大きな増加 18.34 ppb を記録しました。^{[ 5 ]}

_{大気中のメタンの寿命は比較的短い（ CO2}の数百年に対し7～12年^{[ 12 ]} ）ため、その世界的な傾向は二酸化炭素のそれよりも複雑です。

These trends alarm climate scientists, with some suggesting that they represent a climate change feedback increasing natural methane emissions well beyond their preindustrial levels.^[13] However, there is currently no evidence connecting the Arctic to this recent acceleration.^[6] In fact, a 2021 study indicated that the role of the Arctic was typically overestimated in global methane accounting, while the role of tropical regions was consistently underestimated.^[7] The study suggested that tropical wetland methane emissions were the culprit behind the recent growth trend, and this hypothesis was reinforced by a 2022 paper connecting tropical terrestrial emissions to 80% of the global atmospheric methane trends between 2010 and 2019.^[14]

Nevertheless, the Arctic's role in global methane trends is considered very likely to increase in the future. There is evidence for increasing methane emissions since 2004 from a Siberian permafrost site into the atmosphere linked to warming.^[8]

Radiocarbon dating of trace methane in lake bubbles and soil organic carbon concluded that 0.2 to 2.5 Pg of permafrost carbon has been released as methane and carbon dioxide over the last 60 years.^[15] The 2020 heat wave may have released significant methane from carbonate deposits in Siberian permafrost.^[16]

Methane emissions by the permafrost carbon feedback—amplification of surface warming due to enhanced radiative forcing by carbon release from permafrost—could contribute an estimated 205 Gt of carbon emissions, leading up to 0.5 °C (0.9 °F) of additional warming by the end of the 21st century.^[17] However, recent research based on the carbon isotopic composition of atmospheric methane trapped in bubbles in Antarctic ice suggests that methane emissions from permafrost and methane hydrates were minor during the last deglaciation, suggesting that future permafrost methane emissions may be lower than previously estimated.^[18]

北極圏には、天然ガス鉱床、永久凍土、海底クラスレートとして大量のメタンが貯蔵されている。永久凍土とクラスレートは温暖化によって劣化するため^{[ 23 ]}、地球温暖化の結果としてこれらの発生源から大量のメタンが放出される可能性がある^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]。}その他のメタンの発生源には、海底タリック、河川輸送、氷複合体の後退、海底永久凍土、および崩壊するガスハイドレート鉱床が含まれる^{[ 27 ]} 。 2024年の評価では、北極圏・北方地域の地形からのメタン総排出量は約48.7（13.3～86.9）Tg CH4 _/年と推定され、海洋発生源は約4.9（0.4～19.4）Tg CH4/年を占めると推定されて_いる。^{[ 28 ]}永久凍土には大気のほぼ2倍の炭素が含まれており、^{[ 29 ]}約20 Gtの永久凍土関連メタンがメタンクラスレートに閉じ込められています。^{[ 30 ]}永久凍土の融解により、氷を多く含むイェドマ堆積物にサーモカルスト湖が形成されます。^{[ 31 ]}永久凍土に凍結したメタンは、永久凍土が融解するにつれてゆっくりと放出されます。^{[ 32 ]}

永久凍土の融解

北極の地球温暖化は、既存の貯蔵庫からのメタン放出と腐敗したバイオマス中のメタン生成の両方を加速させる。^{[ 34 ]}メタン生成には完全に嫌気性の環境が必要であり、古い炭素の移動を遅らせる。2015年のNatureのレビューでは、融解した嫌気性永久凍土サイトからの累積排出量は、好気性サイトからの累積排出量よりも75～85%低く、それでもメタン排出量は、その場で放出されたCO2のわずか3～7%（炭素重量比）に過ぎないと_推定された。これらは100年の時間スケールで気候に対するCO2の潜在的な影響の25～45%を占めるが_、レビューでは、好気性永久凍土の融解の方が全体的に温暖化への影響が大きいと結論付けた。^{[ 35 ]}しかし、2018年にNature Climate Change誌に掲載された別の研究では、7年間の培養実験を行い、嫌気性サイトにメタン生成微生物群集が確立されると、メタン生成量がCO ₂生成量と同等になることを発見した。この発見により、嫌気性融解サイトが示す全体的な温暖化影響が大幅に増加した。^{[ 36 ]}

メタン生成には嫌気性環境が必要なため、メタンの泡の発生が観察される北極の湖と関連付けられることが多い。^{[ 37 ] [ 38 ]}特に氷の多い永久凍土の融解によって形成された湖は、サーモカルスト湖として知られている。湖の堆積物で生成されたメタンのすべてが大気に到達するわけではなく、水柱内や堆積物自体の中で酸化されることもある。^{[ 39 ]} 2022年の観測によると、サーモカルスト湖で生成されたメタンの少なくとも半分が大気に到達している。^{[ 40 ]}大量のメタン排出につながることが多いもう1つのプロセスは、永久凍土で安定した丘陵地の侵食と最終的な崩壊である。^{[ 41 ]}これら 2 つのプロセス、すなわち斜面崩壊 (逆行性融解地滑り、または RTS とも呼ばれる) とサーモカルスト湖の形成は、まとめて急激な融解と呼ばれています。これは、ほとんどの永久凍土環境で支配的な、以前凍結していた土壌の徐々に cm ずつの融解とは対照的に、数日のうちに大量の土壌を微生物の呼吸に急速にさらす可能性があるためです。この急速さは 2019 年に実証されました。このとき、「中間」の代表濃度経路4.5 の下では、あと 70 年間は融解しないはずだった 3 つの永久凍土サイトで急激な融解が発生しました。^{[ 42 ]} 2020年のシベリアの熱波の後にもう1つの例が見られ、タイミル半島北部でRTSの数が17倍に増加し、82から1404になったことが判明した。その結果、土壌炭素の移動は28倍に増加し、半島全体で年間1平方メートルあたり平均11グラムの炭素となった（範囲は5～38グラム）。^{[ 33 ]}

最近まで、永久凍土炭素フィードバック（PCF）モデリングは、急激な融解のモデリングの難しさとメタン生成速度に関する誤った仮定のために、主に緩やかな永久凍土の融解に焦点を当てていました。^{[ 43 ]}それにもかかわらず、2018年の研究では、現地観測、放射性炭素年代測定、および熱カルスト湖を考慮するためのリモートセンシングを使用して、急激な融解が2100年までに永久凍土の炭素排出量を2倍以上にすると決定しました。 ^{[ 44 ]} また、2020年の2番目の研究では、継続的に加速する排出量のシナリオ（RCP 8.5）の下で、250万 km ^{2にわたる急激な融解炭素排出量は、1800万 km 2}全体にわたる地表近くの永久凍土の緩やかな融解と同じフィードバックを提供すると予測されています。^{[ 43 ]}したがって、急激な融解は2300年までに60～100ギガトンの炭素を追加し、^{[ 45 ]}緩やかな融解のみの場合と比較して炭素排出量を約125～190%増加させる。^{[ 43 ] [ 44 ]}

しかし、融解した永久凍土環境におけるメタン生成の速度と軌跡については、依然として科学的な議論が続いている。例えば、2017年の論文では、サーモカルスト湖が頻繁に発生する融解泥炭地であっても、メタン排出量の10%未満が古い融解炭素に起因し、残りは現代の炭素の嫌気性分解であると示唆されている。^{[ 47 ]} 2018年の追跡調査では、サーモカルスト湿地での泥炭形成の加速による炭素吸収の増加が、メタン放出の増加を相殺するとさえ示唆されている。^{[ 48 ]}また、2018年の別の論文では、永久凍土からの排出量はサーモカルストの融解後には限定的であるが、山火事の後には大幅に増加すると示唆されている。^{[ 49 ]} 2022年の論文では、永久凍土の融解による泥炭地のメタン排出量は最初はかなり高い（1平方メートルあたり1日82ミリグラムのメタン）が、永久凍土湿原が成熟するにつれて約3分の1に減少することが示され、急激な融解後数十年から1世紀でメタン排出量が減少することが示唆された。^{[ 46 ]}

クラスレート分解

クラスレートガン仮説は、第四紀の急速な温暖化期間を説明するために提案された仮説である。この仮説は、海洋の上層中層水の流量の変化が温度変動を引き起こし、大陸斜面の上部でメタンクラスレートが交互に蓄積され、時折放出されたというものである。メタンは二酸化炭素よりもはるかに強力な温室効果ガスであるため、これは地球の気温に即座に影響を与えたと考えられる。メタンの大気中寿命は約12年であるにもかかわらず、地球温暖化係数は20年間で二酸化炭素の72倍、100年間で25倍（エアロゾルとの相互作用を考慮すると33倍）である。^{[ 56 ]}さらに、これらの温暖化イベントがボンドサイクルやダンスガード・オシュガー間氷期などの個々の間氷期イベントを引き起こしたと提案されている。^{[ 57 ]}

2018年に気候システムの転換点に関する展望記事では、メタンハイドレートによる気候変動への寄与は今世紀末までに「無視できる」程度になるが、千年単位では0.4～0.5  ℃（0.72～0.90 °F）に達する可能性があると示唆された。 ^{[ 58 ]} 2021年のIPCC第6次評価報告書では、メタンハイドレートは潜在的な転換点のリストに含まれなくなり、「クラスレートからの_CH4排出が今後数世紀にわたって気候システムを大幅に温暖化させる可能性は非常に低い」と述べている。 ^{[ 59 ]}この報告書は、2014 年 7 月以降、ロシアのシベリアのヤマル半島で発見されたガス放出クレーターと陸上のハイドレート堆積物を関連付けていたが、 ^{[ 60 ]}陸上のガスハイドレートは主に 200 メートルより深い場所で形成されるため、今後数世紀以内に大きな反応が起こる可能性は排除できると指摘した。^{[ 59 ]}同様に、2022 年の転換点の評価では、メタンハイドレートは転換点ではなく「閾値のないフィードバック」であると説明されている。^{[ 61 ] [ 62 ]} 

More than half of global methane emissions originate from human activities across three main sectors: fossil fuels (35% of human-caused emissions), waste (20%), and agriculture (40%).^[10] Within the fossil fuel sector, oil and gas extraction, processing, and distribution contribute 23%, while coal mining accounts for 12% of these emissions. In the waste sector, landfills and wastewater comprise about 20% of global anthropogenic emissions. In agriculture, livestock emissions from manure and enteric fermentation make up roughly 32%, and rice cultivation contributes 8% of global anthropogenic emissions. Mitigation using available measures could reduce these methane emissions by about 180 Mt/yr or about 45% by 2030.^[10]

Mitigation of CO₂ emissions by 2050 (i.e. reaching net zero emissions) is probably not enough to stop the future disappearance of summer Arctic Ocean ice cover. Mitigation of methane emissions is also necessary and this has to be carried out over an even shorter period of time.^[9]

• Arctic dipole anomaly – Climate pattern
• Climate change in Antarctica – Impacts of climate change on Antarctica
• Effects of climate change
• Global Carbon Project – Global research project on greenhouse gas emissions
• Global Methane Initiative – International partnership to reduce methane emissions
• Peat – Accumulation of partially decayed vegetation

• 北極の永久凍土は急速に融解している。これは私たち全員に影響を与える。ナショナルジオグラフィック、2019年
• 北極がくすぶっている理由、BBC Future、ゾーイ・コーミア著、 2019年