初期の人類の活動は、これまで知られていた以上に地球の大気に影響を与えていた

初期の人類の活動は、これまで知られていた以上に地球の大気に影響を与えていた地球

南極の氷床コアに含まれるブラックカーボンの増加と、700年以上前のニュージーランドでのマオリ族の焚き付け行為との関連を示す新しい研究結果が発表されました。

数年前、南極のジェームズ・ロス島で採取された氷床コアを分析していたDRIのJoe McConnell博士、Nathan Chellman博士、British Antarctic SurveyのRobert Mulvaney博士は、1300年頃から現代に至るまで、黒い炭素が大幅に増加しているという異常な現象に気付きました。

ブラックカーボンは一般的に「すす」と呼ばれ、森林火災などのバイオマスの燃焼や、最近では化石燃料の燃焼などで発生する光を吸収する粒子です。

英国南極観測所が2008年に岩盤まで掘削したジェームズ・ロス島の氷床コアは、過去2000年間の南極半島北部における煤煙堆積の前例のない記録を提供するとともに、13世紀後半に始まったニュージーランドでのマオリ族による焼畑の驚くべき影響を明らかにした。

英国南極観測所が2008年に岩盤まで掘削したジェームズ・ロス島の氷床コアは、過去2000年間の南極半島北部における煤煙堆積の前例のない記録を提供するとともに、13世紀後半に始まったニュージーランドでのマオリ族による焼畑の驚くべき影響を明らかにした。写真のRobert Mulvaney博士は、氷床の収集を指揮した。©Jack Triest

McConnell氏、Chellman氏、Mulvaney氏の3名は、英国、オーストリア、ノルウェー、ドイツ、オーストラリア、アルゼンチン、米国の科学者からなる国際チームと協力して、南極の氷の中に取り込まれたブラックカーボンの予想外の増加の原因を明らかにすることを目指しました。

それは、ニュージーランドの古代マオリ族が行っていた土地の焼畑です。

この焼畑は、南半球全体の大気に影響を与える規模で行われており、過去2,000年間にこの地域で行われてきた産業革命以前の他の排出量を凌駕していました。

今回の研究を主導したDRIの水文学の研究教授であるMcConnell氏は、「歴史上のこの時期に、人間が開墾活動によって大気中の黒色炭素にこれほど大きな変化をもたらしたという考えは、非常に驚くべきものです。以前は、数百年前に遡れば、産業革命前の原始的な世界が広がっていると考えられていましたが、今回の研究では、少なくとも過去700年間、人間が南氷洋と南極半島の環境に影響を与えていたことが明らかになりました。」

東南極では、ノルウェー・アメリカ国際極年南極科学縦断事業の一環として、2本を含む4本の南極大陸のアイスコアが掘削された。

東南極では、ノルウェー・アメリカ国際極年南極科学縦断事業の一環として、2本を含む4本の南極大陸の氷床コアが掘削された。©Stein Tronstad

ブラックカーボンの発生源をたどる

ブラックカーボンの発生源を特定するために、研究チームはDRI独自の連続氷床コア分析システムを用いて、ジェームズ・ロス島と南極大陸から採取した6つの氷床コアの配列を分析しました。

氷の中のブラックカーボンを分析する方法は、2007年にマコーネルの研究室で初めて開発されました。

ジェームズ・ロス島の氷床コアでは、1300年頃から黒色炭素が顕著に増加し、その後の700年間で3倍に増加し、16~17世紀にピークを迎えたのに対し、同時期の南極大陸の氷床コアのブラックカーボン濃度は比較的安定していました。

ウィーン大学のAndreas Stohl博士は、南半球におけるブラックカーボンの輸送と沈着に関する大気モデルのシミュレーションを行い、今回の結果を裏付けました。

Stohl氏は、「我々のモデルと、氷に見られる南極大陸での堆積パターンから、1300年頃から増加したブラックカーボンの排出源として、パタゴニア、タスマニア、ニュージーランドが最も可能性の高い場所であることが明らかになりました。」と述べています。

3つの地域の古火事の記録を調べた結果、1つだけ可能性が残りました。

ニュージーランドでは、木炭の記録から1300年頃から火事の活動が活発になったことがわかりました。

この時期は、マオリ族がニュージーランドに到着して植民地化し、その後、森林地帯の多くを焼いたと推定される時期と一致しています。

ニュージーランドの国土が比較的狭いことや、煙がジェームズ・ロス島の氷床コアに到達するまでの距離(約4,500マイル/約7242km)を考えると、これは意外な結論でした。

DRIの博士研究員であるChellman氏は、「アマゾンやアフリカ南部、オーストラリアなどで行われている自然の焚き付けに比べて、ニュージーランドのマオリの焚き付けが大きな影響を与えるとは考えられませんが、南氷洋や南極半島では大きな影響を与えています。氷床コアの記録を用いて、南氷洋全体に及ぶ大気化学への影響を示すことができ、それが700年前のマオリによるニュージーランドへの到着と定住に起因するものであることがわかったのは、本当に素晴らしいことでした。」

研究の影響

DRI独自のアイスコア分析システムで、アイスコアの縦方向のサンプルの化学的性質を測定しているところ。

DRI独自の氷床コア分析システムで、氷床コアの縦方向のサンプルの化学的性質を測定しているところ。©Joe McConnell

今回の研究成果は、いくつかの理由で重要です。

まず、今回の結果は、地球の大気と気候についての理解を深める上で重要な意味を持ちます。

現代の気候モデルは、過去の気候に関する正確な情報に基づいて将来の予測を行っており、特に地球の放射バランスに関連する光吸収性ブラックカーボンの排出量と濃度に関する情報が重要です。

しかし、本研究では、産業革命以前の人間による燃焼の影響は、バックグラウンドや自然の燃焼に比べてごくわずかであると考えられてきましたが、人間による燃焼からの排出物が、これまで想像されてきたよりもはるかに早い時期に、またはるかに大きなスケールで、地球の大気や気候に影響を与えてきたことを示す新たな証拠が得られました。

第2に、バイオマスの燃焼による放射性降下物には,鉄などの微量栄養素が豊富に含まれています。

南氷洋の植物プランクトンの成長には栄養分の制限があるため、マオリ族の燃焼による放射性降下物の増加は、南半球の広い地域で何世紀にもわたって植物プランクトンの成長を促進したと考えられます。

第3に、今回の結果は、人類が植民地化した地球上で最後の居住可能な場所の一つであるニュージーランドにマオリ族が到着した時期について、これまで知られていたものを改良するものです。

放射性炭素年代測定によるマオリの到着時期は、13世紀から14世紀と幅がありますが、氷床コアの記録によって可能となったより正確な年代測定では、初期のマオリがニュージーランドで大規模な焚き付けを始めた時期は、30年の不確実性はあるものの、1297年と特定されました。

McConnell氏は、「今回の研究や、私たちのチームがこれまでに行ってきた、古代ローマ時代の北極における2000年前の鉛汚染に関する研究などから、氷床の記録が過去の人間が環境に与えた影響を知る上で非常に価値があることは明らかです。地球の最も遠い場所であっても、産業革命以前は必ずしも原始的な状態ではなかったのです。」

Published by Desert Research Institute. Hemispheric black carbon increase after the 13th-century Māori arrival in New Zealand, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03858-9
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