北極のメタン排出

北極のメタン排出は、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一つであるが、今日では気候変動の影響により、これには人為的要素も含まれている。^[2]北極における人為的影響によるメタンの主な発生源は、永久凍土の融解、北極海の氷の融解、クラスレートの分解、グリーンランドの氷床の融解である。メタンは強力な温室効果ガスであるため、このメタンの放出は、気候変動に対する正のフィードバック（つまり、温暖化を増幅するもの）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、大気中のメタン濃度は着実に増加しており、2020年の増加は15.06ppbで、 1991年に記録された14.05ppbというこれまでの記録を破り、2021年にはさらに大きな18.34ppbの増加を記録しました。^[5]しかし、現在のところ、この最近の増加加速と北極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]

しかしながら、北極圏が世界のメタン動向に与える影響は、今後ますます大きくなる可能性が高いと考えられています。2004年以降、シベリアの永久凍土から大気中に放出されるメタン量は、温暖化と関連して増加しているという証拠があります。^[8]

_{2050年までにCO2}排出量を緩和する（つまり、排出量を実質ゼロにする）だけでは、将来的に北極海の夏の氷が消失するのを食い止めるには不十分だろう。メタン排出量の緩和も必要だが、これはさらに短期間で実行されなければならない。^{[9]このような緩和活動は、}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る。利用可能な対策を講じれば、2030年までに世界全体で年間約1億8000万トン、つまり現在の（2021年）排出量の約45％を削減できる可能性がある。^[10]

NOAAの大気中のメタン濃度の年間記録は1984年以来更新されています。記録によれば、1980年代には大幅な増加、1990年代には年間増加の鈍化、2000年代初頭には横ばい状態（大気中の濃度が減少する年も含む）、そして2007年からは再び着実な増加が見られます。2018年頃からは、世界のメタン濃度は毎年着実に増加しており、2020年の増加は15.06ppbで、 1991年に記録された14.05ppbというこれまでの記録を破り、2021年にはさらに大きな18.34ppbの増加を記録しました。^[5]

大気中のメタンの寿命は比較的短いため（CO2の寿命は数百年であるのに対し、7～12年_[ ^{12] ）、その世界的な動向は}二酸化炭素の動向よりも複雑です。

こうした傾向は気候科学者を警戒させており、一部の科学者は、これらは気候変動のフィードバックによるもので、自然のメタン排出量が産業革命以前のレベルをはるかに超えて増加していると示唆している。^[13]しかし、現在のところ、北極とこの最近の加速を結びつける証拠はない。^[6]実際、2021年の研究では、北極の役割は世界のメタン会計において一般的に過大評価されている一方で、熱帯地域の役割は一貫して過小評価されていることが示された。^[7]この研究では、熱帯湿地のメタン排出が最近の増加傾向の原因であると示唆されており、この仮説は、2010年から2019年までの世界の大気中のメタン傾向の80％が熱帯の陸地からの排出であるとする2022年の論文によって強化された。^[14]

しかしながら、北極圏が世界のメタン動向に与える影響は、今後ますます大きくなる可能性が高いと考えられています。2004年以降、シベリアの永久凍土から大気中に放出されるメタン量は、温暖化と関連して増加しているという証拠があります。^[8]

湖の泡と土壌有機炭素中の微量メタンの放射性炭素年代測定により、過去60年間に0.2～2.5 Pgの永久凍土炭素がメタンと二酸化炭素として放出されたことが結論付けられました。^[15] 2020年の熱波により、シベリアの永久凍土の炭酸塩堆積物から大量のメタンが放出された可能性があります。^[16]

永久凍土の炭素フィードバックによるメタン放出（永久凍土からの炭素放出による放射強制力の増大による地表温暖化の増幅）は、推定205 Gtの炭素放出に寄与し、21世紀末までに最大0.5 °C（0.9 °F）の追加温暖化につながる可能性がある。^{[17]しかし、南極の氷の泡に閉じ込められた大気中のメタンの炭素同位体組成に基づく最近の研究によると、前回の}氷河期の永久凍土とメタンハイドレートからのメタン放出はわずかだったことが示唆されており、将来の永久凍土のメタン放出は以前の推定よりも低くなる可能性があることを示唆している。^[18]

大気中のメタン濃度は、北極では南極の大気よりも8～10%高い。寒冷な氷河期には、この勾配は無視できるレベルまで減少する。^[19]この非対称性の主な原因は陸上生態系であると考えられているが、2007年には「北極海の役割は大幅に過小評価されている」と示唆されている。^[20]ツンドラ環境における土壌温度と水分レベルは、土壌メタンフラックスの重要な変数である。^{[21] [22]}

北極では、天然ガス鉱床、永久凍土、海底のクラスレートとして大量のメタンが蓄えられています。永久凍土とクラスレートは温暖化により分解するため^[23]、地球温暖化の結果としてこれらの発生源からのメタンが大量に放出される可能性があります。^{[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、崩壊したガスハイドレート鉱床などがあります。^[27] 永久凍土には大気のほぼ 2 倍の炭素が含まれており^[28] 、永久凍土に関連するメタンのうち約 20 Gtがメタンクラスレートに閉じ込められています。^{[29]永久凍土が融解すると、氷が豊富な}エドマ鉱床にサーモカルスト湖が形成されます。 ^[30]永久凍土で凍結したメタンは、永久凍土が融解するにつれてゆっくりと放出されます。^[31]

北極の地球温暖化は、既存の貯蔵庫からのメタンの放出と、腐敗したバイオマスにおけるメタン生成の両方を加速させる。 [ 33 ]^メタン生成には完全に嫌気的な環境が必要であり、これにより古い炭素の移動が遅くなる。2015年のネイチャーのレビューでは、解けた嫌気性永久凍土からの累積排出量は好気性の場所からの累積排出量よりも75〜85％低く、その場合でもメタン排出量は現場で放出されたCO _{2のわずか3〜7％（炭素重量ベース）であると推定されている。これらは100年のタイムスケールでのCO 2}の潜在的な気候への影響の25〜45％を占めるが、レビューでは好気性永久凍土の解け方が全体的にはより大きな温暖化の影響があると結論付けている。^[34]しかし、2018年にネイチャー・クライメート・チェンジ誌に掲載された別の研究では、7年間の培養実験が行われ、嫌気性土壌にメタン生成微生物群が定着すると、メタン生成がCO2生成と同等になることが判明した_。この発見は、嫌気性融解土壌がもたらす全体的な温暖化の影響を大幅に高めた。^[35]

メタン生成には嫌気性環境が必要であるため、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。^{[36] [37]}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、水柱内または堆積物自体の中で酸化されることもある。^[38]しかし、2022年の観測では、サーモカルスト湖内で生成されたメタンの少なくとも半分は大気に到達していることが示されている。^[39]頻繁に大量のメタン排出につながる別のプロセスは、永久凍土で安定した丘陵の侵食と最終的な崩壊である。^[40]これら2つのプロセス、つまり丘陵の崩壊（後退融解スランプ、またはRTSとも呼ばれる）とサーモカルスト湖の形成は、ほとんどの永久凍土環境で支配的な、以前は凍結していた土壌がcm単位で徐々に融解するのとは対照的に、数日のうちに大量の土壌を急速に微生物の呼吸にさらす可能性があるため、まとめて急激な融解と呼ばれています。この急速さは、2019年に実証されました。当時、中程度の代表的濃度経路4.5の下では、さらに70年間は融解から安全であった3つの永久凍土サイトで、急激な融解が起こりました。^[41]もう一つの例は、2020年のシベリアの熱波をきっかけに発生したもので、タイミル半島北部のRTS数が82から1404に17倍に増加し、その結果土壌炭素移動は28倍に増加し、半島全体で1平方メートルあたり年間平均11グラムの炭素（5グラムから38グラムの範囲）になったことが判明しました。^[32]

最近まで、永久凍土炭素フィードバック（PCF）モデリングは、急激な融解をモデリングするのが難しいことと、メタン生成率に関する仮定に欠陥があることから、主に緩やかな永久凍土融解に焦点を当てていました。^[42]しかし、2018年の研究では、フィールド観察、放射性炭素年代測定、リモートセンシングを使用してサーモカルスト湖を考慮し、急激な融解により2100年までに永久凍土の炭素排出量が2倍以上に増加すると判定されました。^[43] そして、2020年の2番目の研究では、排出量が継続的に加速するシナリオ（RCP 8.5）では、250万km ^{2にわたる急激な融解による炭素排出量が、占める1800万km 2}全体の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ることが示されました。^[42]したがって、急激な雪解けにより、2300年までに60～100ギガトンの炭素が追加され、^[44]緩やかな雪解けのみの場合と比較すると、炭素排出量が約125～190％増加することになります。^{[42] [43]}

しかし、永久凍土が解けた環境でのメタン生成の速度と軌道については、まだ科学的な議論が続いています。例えば、2017年の論文では、サーモカルスト湖が頻繁に見られる泥炭地が解けた地域でも、メタン排出量の10%未満が古い解けた炭素に起因し、残りは現代の炭素の嫌気性分解によるものであると示唆されています。^[46] 2018年の追跡調査では、サーモカルスト湿地での急速な泥炭形成による炭素吸収の増加が、メタン放出の増加を補うだろうとさえ示唆されていました。^[47] 2018年の別の論文では、サーモカルストの解け後は永久凍土からの排出量は限られているが、山火事の後にはかなり多くなると示唆されています。^[48] 2022年に発表された論文では、永久凍土の融解による泥炭地のメタン排出量は当初はかなり高い（1平方メートル当たり1日82ミリグラムのメタン）が、永久凍土が成熟するにつれてほぼ3倍に減少し、急激な融解後数十年から1世紀の間にメタン排出量が減少することを示唆していることが実証された。^[45]

クラスレートガン仮説は、第四紀の急速な温暖化の期間を説明するために提案されたものである。この仮説は、海洋の上層中層水のフラックスの変化が温度変動を引き起こし、それが大陸斜面上部に交互に蓄積し、時折メタンクラスレートを放出するというものである。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及ぼしたと思われる。メタンの大気寿命は約12年であるにもかかわらず、メタンの地球温暖化係数は20年間で二酸化炭素の72倍、100年間で25倍（エアロゾル相互作用を考慮すると33倍）である。^[55]さらに、これらの温暖化イベントがボンドサイクルや、ダンガード・オシュガー間期などの個々の間期イベントを引き起こしたと提案されている。^[56]

2014年の研究では、シュードモナス菌が大部分を占める氷河下排水サンプルに基づき、ラッセル氷河の氷床下でのメタン循環の証拠が見つかりました。研究中、過去120年間の記録の中で最も広範囲にわたる表面融解がグリーンランドで観測されました。2012年7月12日には、氷床表面のほぼ全体（98.6%）に凍結していない水が存在していました。この研究結果は、メタン資化性細菌が氷河下生態系の生物学的メタンのシンクとして機能する可能性があること、および少なくともサンプル採取期間中、この地域が大気中のメタンの発生源であったことを示しています。ラッセル氷河集水域（1200 km ² ）の夏の融解期の4か月間のスケール化された溶存メタンフラックスは、990トンのCH ₄と推定されました。この集水域は同様のグリーンランドの流出氷河の代表であるため、研究者はグリーンランド氷床が重要な地球規模のメタン発生源である可能性があると結論付けました。^[62]

2016年の研究では、過去の証拠に基づいて、グリーンランドと南極の氷床の下にメタンクラスレートが存在する可能性があると結論付けられました。 ^[63]

世界のメタン排出量の半分以上は、化石燃料（人為的排出量の35％）、廃棄物（20％）、農業（40％）の3つの主要セクターにわたる人間の活動に起因しています。^[10]化石燃料セクターでは、石油とガスの採掘、加工、流通が23％を占め、石炭採掘が12％を占めています。廃棄物セクターでは、埋立地と廃水が世界の人為的排出量の約20％を占めています。農業では、家畜の糞尿と腸内発酵による排出量が約32％を占め、稲作が世界の人為的排出量の8％を占めています。利用可能な対策を使用して緩和することで、これらのメタン排出量を2030年までに約1億8000万トン/年、つまり約45％削減できます。^[10]

_{2050年までに二酸化炭素}排出量を削減する（つまり、排出量を実質ゼロにする）だけでは、将来的に北極海の夏の氷が消失するのを阻止するには不十分だと考えられる。メタン排出量の削減も必要であり、これはさらに短期間で実行されなければならない。^[9]

ARPA-Eは、遠隔地でメタン排出物を燃焼させるための「スマートマイクロフレアフリート」を開発するための研究プロジェクトに2021年から2023年まで資金を提供した。^{[64] [65] [66]}

2012年のレビュー記事では、既存の技術のほとんどは「0.1％のメタンの閉じ込められたガス流で動作する」と述べられており、メタンがポケット状に排出される地域に最も適しているとされています。^[67]

北極評議会によると、北極の石油・ガス事業で石油ガスの燃焼に利用可能な最善の技術（BAT）と最善の環境慣行（BEP）を採用すれば、メタン排出量を大幅に削減できる可能性があるという。^[68]

• 北極双極子異常 – 気候パターン
• 南極の気候変動 – 南極への気候変動の影響
• 気候変動の影響
• グローバルカーボンプロジェクト – 温室効果ガス排出に関する世界的な研究プロジェクト
• グローバルメタンイニシアチブ – メタン排出量を削減するための国際パートナーシップ
• 泥炭 – 部分的に腐朽した植物の堆積物

• 北極の永久凍土が急速に溶けている。それは私たち全員に影響する。ナショナルジオグラフィック、2019年
• 北極圏がくすぶっている理由、BBC Future、ゾーイ・コーミエ著、 2019年