地球上で最大のサイクルを作ったのは誰ですか?すぐそばにありますよ！

近年、「カーボンニュートラル」や「カーボンピーク」はさまざまなメディアで頻繁に登場する言葉となり、石油関係者を中心に人々の注目が高まっています。では、その本当の意味をどう理解すればよいのでしょうか?どのような経路でこれを達成できるでしょうか?これは地球上の炭素プールと炭素循環から始まらなければなりません。

地球の炭素プール

炭素は生物の主要な元素の一つであり、有機物の重要な成分です。地球上には、大気炭素プール、海洋炭素プール、陸上生態系炭素プール、岩石圏炭素プールという 4 つの主要な炭素プールがあります。炭素元素は、大気、陸地、海洋などの主要な炭素貯蔵庫の間を絶えず循環しています。

大気中の炭素プール。大気中の炭素プールの大きさは約7,300億トンで、主要な炭素プールの中では最小ですが、海洋炭素プールと陸上生態系の炭素プールをつなぐ橋渡しとして機能するには十分な大きさです。大気中の炭素含有量は、地球システム全体の物質循環とエネルギーの流れに直接影響を及ぼします。大気中の主な炭素含有ガスは二酸化炭素、メタン、一酸化炭素です。海洋や陸上の生態系と比較すると、大気中の炭素量は計算が最も簡単で、最も正確です。二酸化炭素はこれらのガスの中で最も豊富かつ重要なので、大気中の二酸化炭素濃度は、大気中の炭素含有量の重要な指標とみなされることが多いです。これがいわゆる「カーボンニュートラル」や「カーボンピーク」の主な焦点です。

海洋炭素プール。海には大気中の二酸化炭素を貯蔵し吸収する能力があります。可溶性無機炭素含有量は約37.4兆トンで、大気中の炭素含有量の50倍以上です。海洋は大気中の二酸化炭素濃度を決定します。大気中の二酸化炭素は絶えず海面と交換されるため、大気と海面の間ですぐにバランスが取れます。人間の活動によって排出される炭素の 30% ～ 50% は海洋に吸収されますが、大気中の二酸化炭素濃度の変化を緩和する海洋の能力は無限ではありません。人間の活動により、炭素の排出速度は陽イオンの供給速度よりも数桁も速くなっており、大気中の二酸化炭素濃度が上昇し続けると、海洋の二酸化炭素吸収能力は必然的に徐々に低下します。

陸上生態系の炭素プール。陸上生態系に貯蔵されている炭素量は約2兆トンで、そのうち土壌有機炭素プールに貯蔵されている炭素量は植生炭素プールの約2倍です。陸上生態系における炭素の蓄積は主に森林地帯で起こります。森林生態系は、地圏および生物圏の生物地球化学的プロセスにおいて「緩衝材」および「弁」として重要な役割を果たします。地上の炭素蓄積の約80％と地下の炭素蓄積の約40％は森林生態系で発生し、残りは主に耕作地、湿地、ツンドラ、高山草原、砂漠、半砂漠に蓄えられています。炭素の蓄積は主に熱帯地域で発生します。世界の植生炭素の 50% 以上と土壌有機炭素のほぼ 1/4 が熱帯林と熱帯草原の生態系に蓄えられています。植生炭素の約 15% と土壌有機炭素の約 18% が温帯林と草原に蓄えられています。残りの陸上炭素蓄積は主に北部の森林、ツンドラ、湿地、耕作地、砂漠、半砂漠地帯で発生します。

地球上で最大の炭素プールは岩石圏炭素プールであり、石油、天然ガス、石炭などのよく知られた化石燃料が含まれており、地球上の総炭素含有量の約99.9％を占めています。これら 2 つのプール内の炭素はゆっくりと移動し、実際には貯蔵プールとして機能します。

炭素は主に炭酸塩の形で岩石圏に存在し、その総量は約 27000 兆トンです。大気中では二酸化炭素と一酸化炭素の形で存在します。水圏ではさまざまな形で存在します。バイオレポジトリには、生物によって合成された何百もの有機物質が存在します。これらの物質の存在形態はさまざまな要因によって制御されます。

さまざまな炭素循環

炭素循環とは、地球上の生物圏、岩石圏、水圏、大気圏の間で炭素元素が交換され、地球の動きとともに継続的に循環する現象を指します。炭素は地球上のほとんどの物質の基礎となっているため、その循環は地球上で最も大きな循環です。

地球上の炭素循環は、主に自然生態系の緑植物が空気中の二酸化炭素を吸収し、光合成によって炭水化物に変換し、酸素を放出することで現れます。同時に、二酸化炭素は生物地球化学循環プロセスと人間の活動を通じて大気中に放出されます。

自然生態系の緑植物は、吸収した二酸化炭素を光合成によって植物体内で炭水化物に変換し、食物連鎖を通じて動物体内で炭水化物に変換します。植物や動物の呼吸により、体内の炭素の一部が二酸化炭素に変換され、大気中に放出されます。大気中の二酸化炭素がこのように循環するには約20年かかります。炭素の別の部分は生物の有機体を構成し、生物自身の中に蓄えられています。動物や植物が死ぬと、その残骸のほとんどは微生物の分解によって二酸化炭素の形で最終的に大気中に放出されます。一部は堆積物に埋もれ、微生物によって分解され、長い年月を経て化石燃料（石炭、石油、天然ガスなど）に変換されます。これらの化石燃料が風化したり燃料として燃やされたりすると、その中の炭素が二酸化炭素に変換され、大気中に放出されます。人間による大量の化石燃料の消費は炭素循環に大きな影響を与えます。

生物圏における炭素循環は、主に緑植物が大気から二酸化炭素を吸収し、水の関与による光合成によってそれをブドウ糖に変換して酸素を放出し、その後生物がブドウ糖を使用して他の有機化合物を合成することで現れます。有機化合物は食物連鎖を通じて動物や細菌などの他の生物の一部になります。生物体内の炭水化物の一部は呼吸によって二酸化炭素と水に酸化され、生物の代謝のエネルギーとなり、また、生物体内に蓄えられたエネルギーが放出されます。

自然界の炭素の大部分は地殻の岩石に蓄えられています。岩石中の炭素は、さまざまな自然および人為的な化学反応により分解され、大気や海洋に放出されます。同時に、死んだ生物やその他の炭素含有物質は堆積物の形で地殻に継続的に戻り、地球規模の炭素循環の一部を形成します。炭素の地球生化学循環は、地表または地表近くの堆積物と大気、生物圏、海洋の間の炭素の移動を制御します。

植物や光合成微生物が光合成によって大気から炭素を吸収する速度は、生物呼吸によって大気中に炭素が放出される速度とほぼ同じです。大気中の二酸化炭素含有量は、人間の活動によって乱される前は非常に安定していました。石油と石炭は過剰な炭素隔離の副産物です。人間が使用すると、大量の炭素が放出されます。

大気、海洋、陸地の間でも炭素循環が起こります。二酸化炭素は大気から海水に入り、また海水から大気に入ります。この炭素交換は、大気と海水の接合部で起こります。大気中の二酸化炭素は雨水や地下水に溶けて炭酸となり、川から海に流れ込むこともあります。これらの炭酸塩は堆積によって石灰岩、ドロマイト、炭素質頁岩を形成します。化学的および物理的影響により、これらの風化した岩石に含まれる炭素は二酸化炭素の形で大気中に放出されます。火山の噴火により、一部の有機炭素と炭酸塩中の炭素が炭素循環に再び加わることもあります。炭素質岩石の破壊は短期的には循環にほとんど影響を与えませんが、数百万年にわたる炭素のバランスにとっては重要です。

人間の活動による炭素循環への影響

人間の活動とは、主にエネルギーを得るために化石燃料を燃やすことを指し、大量の二酸化炭素を排出します。 1949年から1969年にかけて、化石燃料の燃焼やその他の産業活動により二酸化炭素排出量が年間約4.8%増加し、大気中の二酸化炭素濃度が増加しました。これにより、自然本来のバランスが崩れ、異常な気候が発生します。化石燃料の燃焼により生成され大気中に排出される二酸化炭素の一部は海水に溶解しますが、海水中の溶解二酸化炭素が増加すると、海水中の酸塩基平衡や炭酸塩溶解度平衡に変化が生じます。

化石燃料の不完全燃焼により少量の一酸化炭素が発生します。自然のプロセスでも一酸化炭素が生成されます。一酸化炭素は大気中に非常に短時間留まり、主に土壌中の微生物によって吸収されます。一連の化学反応や光化学反応によって二酸化炭素に変換されることもあります。

人間の活動により大気中に大量の二酸化炭素が放出されており、そのうち約57％が自然生態系に吸収され、約43％が大気中に残留しています。地球の大気中の二酸化炭素濃度は産業革命以前の水準に比べて大幅に増加しており、地球の気候システムの温暖化につながっています。

地球温暖化は、人間の社会活動によって引き起こされた地球上の気候変動の結果です。 「炭素」とは、炭素元素から構成される石油、石炭、木材などの天然資源を指します。 「炭素」が消費されればされるほど、地球温暖化の原因である「二酸化炭素」が生成される量も増えます。同時に、地球温暖化は人々のライフスタイルにも変化（影響）をもたらし、ますます多くの問題を引き起こしています。

「カーボンニュートラル」や「カーボンピーク」の実現は、過剰な炭素排出によって地球や人類社会に与えるダメージを最小限に抑えることを目的としている。

著者: 王達瑞