1海洋表層CO₂観測への取り組み

地球の表面積の約7割を占める海洋では、表層から深層まで世界の海水が数千年かけて循環する海洋大循環や、植物プランクトンから大型生物に至る海洋生態系の食物連鎖による物質循環が、大気中のCO₂濃度を決める上で重要な役割を果たしています。海水中のCO₂は主に分子やイオン（重炭酸イオン、炭酸イオン）として溶けていますが、大気とやりとりするのはこのうち分子のCO₂になります。つまり大気のCO₂濃度（分圧）が海洋のCO₂分圧より高ければ大気のCO₂は吸収され、低ければ海洋から大気にCO₂が放出されます（注1）。産業革命以降、大気中のCO₂濃度は 280ppm から 418ppm (2022年) 程度まで上昇しています。この大気CO₂濃度の上昇に応じて、海水中のCO₂分圧も上昇しています。さらに、海水温が上昇すると分子とイオンの平衡関係（存在比）が変化して、海水中のCO₂分圧が上昇します。このため、海洋によるCO₂の吸収量（大気と海洋の間のCO₂交換）を正確に求めるためには、大気と海洋表層でのCO₂分圧を正確に測定する必要があります。また、観測データが得られない場所でのCO₂分圧を推定する手法が不可欠です。

この難題に1990年代後半に世界で初めて答えたのが米国コロンビア大学のTaro Takahashi博士でした。博士はそれまでに観測された世界各地の海洋表層CO₂分圧の観測データ25万点を独自に収集して、観測を行っていない時期・場所のCO₂分圧を推定し、1990年を基準年としてひと月ごとの分布を推定しました。その結果、一部の海域ではCO₂が放出されるものの、海洋全体では年間10 億トン程度のCO₂を吸収していることを見出しました（参考文献[1]）。

 Takahashi博士はその後も観測データ点数を増やしながら海洋によるCO₂吸収量の評価を行いましたが、「大気と海洋の間のCO₂交換量が年によってどのぐらい変動するのか？」という点は長らく未解明でした。「もし交換量の変動幅が大きい場合には、年によっては海洋からCO₂が放出されることもある」ということになります。しかし、Takahashi博士の解析手法ではCO₂分圧の年々変動について評価することが不可能でした。また、独自に観測データを収集する Takahashi氏の手法にも限界がありました。このため、統一されたルールに基づく国際的なデータ収集・公開の枠組みが求められました。

そこで2007年に、海洋表層CO₂分圧のデータ収集のやり方と品質確認方法が検討され、「各海域の責任者が品質確認をした上で公開する」仕組みが構築されました。その結果、Surface Ocean CO₂ Atlas (SOCAT) と呼ばれるデータベースが完成しました。（参考文献[2]）。2011年に公開された初版には630万点のデータが収録され、その後も版を重ねるごとに収録データ数が増え、本稿執筆時点で最新版となる2023年版では3560万点ものデータが収録されるようになりました。2023年版に収録された観測データ数の分布を図1に示します。この図から、ほぼ全ての海域で観測が行われていて、特に北太平洋や北大西洋では観測が盛んに行われていることがわかります。南太平洋東部海域など一部には観測データのない海域（観測空白域）が広がっている地域もありますが、多くの海域で観測が継続的に実施されることでデータが充実しています。

2より正確な吸収量評価のために

ここでは海洋の直接観測による評価という観点から、海洋のCO₂吸収について説明しました。このほかに、大気中CO₂濃度やその炭素安定同位体比、酸素濃度の観測や、観測された大気中のCO₂濃度を再現するようにCO₂吸収・放出量を調整する逆解析手法などによっても、海洋のCO₂吸収が調べられています。しかし、人間活動によるCO₂排出量や、大気に残留するCO₂量の評価と比べると、海洋や陸域のCO₂吸収量評価には不確実性が大きく、同じ観測データを用いても推定手法が異なると結果に違いが見られたりするなどの課題が残されています。また、温暖化によって今後も海水温の上昇が続くと、先に述べた理由で分子として存在するCO₂が増えて海洋表層のCO₂分圧が大気のCO₂分圧に近づくため、海洋のCO₂吸収量が低下することが危惧されます。より正確なCO₂吸収量評価のためには推定手法やモデルの精緻化・高度化だけでなく、観測データの充実が今後も不可欠であると言えます。