最終間氷期以来の陸地風化による炭素消費の役割と全球炭素循環への影響

なぜ古い岩石が今日の気候に重要なのか

気候変動を考えるとき、私たちは通常、煙突や森林を思い浮かべ、岩石のゆっくりとした崩壊はあまり想像しません。しかし、雨水や植物の根が陸地表面を溶かす過程は、大気中の炭素を静かに河川や海へと移し、数万年規模で地球の気候を安定させる働きをします。本研究は一見単純な問いを立てます：過去12万年にわたり地球が氷期と温暖期を行き来する中で、この「岩石の風化」は全球の炭素循環や大気中の二酸化炭素（CO2）の増減にどれほど寄与したのか？

12万年分の岩石と水の相互作用を再現する新手法

著者らはPCM‑weatheringと呼ぶ新しい計算フレームワークを構築し、最終間氷期以降に陸上でどれだけのCO2が岩石風化によって消費されたかを再構築しました。既存の全球植生・炭素モデルに詳細な岩石分布図と、気温、降水、大気CO2、海面を越えて露出する陸地面積に反応する風化モジュールを組み合わせています。これにより、格子セルごとに森林、土壌、気候がどのように協調して二つの主要な岩石群—珪酸塩岩（花崗岩や玄武岩など）と炭酸塩岩（石灰岩など）—を溶かしたかを追跡でき、それぞれが長期的な炭素蓄積に対してまったく異なる結果をもたらすことが明らかになりました。

二種類の岩石、逆向きのリズム

シミュレーションは、珪酸塩岩と炭酸塩岩が異なる気候リズムに従うことを示しています。大気中のCO2を恒久的に新しい海洋鉱物に固定する珪酸塩風化は、温暖で湿潤な間氷期に強まり、寒冷で乾燥した氷期に弱まりました。その全球的な炭素取り込みはおおむね年に約1.19×10^8～1.63×10^8トンの範囲で変動し、アマゾン、中央アフリカ、南アジア・東南アジア、華南などの湿潤な熱帯域で最も活発でした。一方で、炭酸塩風化は主により長いスケールでCO2を大気に再供給する傾向があるにもかかわらず、氷期にむしろ強まっていました。海面が低下することで、特に東南アジア周辺の熱帯域で炭酸塩岩を豊富に含む大陸棚が広く露出し、より多くの雨水と土壌水がそれらを溶かして、氷期最盛期には炭酸塩風化は年に約3.03×10^8～3.20×10^8トンに達し、いくつかの間氷期値のおよそ二倍にまで増加しました。

気候、海岸線、森林が作る見えないレバー

感度実験を行うことで、研究チームはどの因子がこれらの変化を駆動したのかを明らかにしました。珪酸塩岩については、過去の大部分にわたって大気中CO2自体が主な制御因子として浮かび上がりました：CO2が高いと植物の成長と土壌中のCO2が促進され、それが岩石の崩壊を加速しました。降水はこの効果をさらに増幅し、低温はそれを抑制しました。しかし安定した間代である完新世では、珪酸塩風化に対する支配的因子はCO2よりも気温や降水量の方が重要になりました。炭酸塩風化は別の物語を示しました：主要なレバーは氷床の増減や海面の上下によりどれだけの陸地が露出するかでした。氷期の低海面で新たに露出した大陸棚は炭酸塩溶解のホットスポットとなり、温暖期に海面が上昇するとこれらの棚は水没して寄与が低下しました。

炭素収支における風化の静かながら強力な役割

著者らが氷期サイクル全体の数値を合計すると、珪酸塩風化と炭酸塩風化によって消費される全炭素量は、森林、土壌、海洋に貯留される炭素の純変化を大きく上回ることが分かりました。最終間氷期と最終氷期のいずれにおいても、炭酸塩風化は珪酸塩風化のおよそ二倍の炭素を除去し、特に大陸棚の露出拡大により氷期において大きな取り込みが見られました。炭酸塩風化で消費されたCO2の多くは最終的に海洋化学を通じて大気に戻るものの、これらのフラックスは何千年にもわたって陸・海・大気間の炭素配分を再形成します。また、植生パターンが風化の強度がどこでいつ高まるかを大きく調整することを示しており、熱帯雨林が長期的な炭素吸収のエンジンである重要性を裏付けます。

これが私たちの未来に意味すること

将来を見据えると、モデルは人為的な温暖化が植物の成長と土壌活動を促すにつれて、陸上の化学風化は将来のすべての排出シナリオで強まるだろうことを示唆しています。高排出経路の下では、全球の珪酸塩および炭酸塩風化フラックスは2100年までに二倍以上になる可能性があります。この加速は人間の時間スケールでの急速なCO2排出を打ち消すものではありませんが、何千年にもわたって大気中CO2に対するゆっくりとした自然のブレーキとして働きます。本研究の非専門家向けの主要メッセージは、地球の岩石の皮は不活性ではなく、気候に敏感な能動的システムであるということです。氷床が進退し、海岸線が移動し、森林が拡大・縮小するたびに、珪酸塩と炭酸塩の風化のバランスが地球の炭素台帳を絶えず書き換え、長期的に気候を住みやすい範囲に保つのに寄与しているのです。

引用: Xu, S., Wu, H., Yuan, Y. et al. The role of land weathering in carbon consumption and its impact on global carbon cycling since the Last Interglacial period. Sci Rep 16, 14575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44594-2

キーワード: 化学的風化, 氷期–間氷期サイクル, 炭素循環, 珪酸塩岩と炭酸塩岩, 気候フィードバック