風に舞う塵の壮大な旅は、幸せなプランクトンで終わることが多い

塵の粒子は長い旅をすることができます。それは陸上で始まり、風によって上空に運ばれ、遠くへ飛んでいきます。そして、少なくとも一部の塵の粒子の場合、その旅は、出発点から何千マイルも離れた海水に落下することで終わるかもしれません。

塵は本質的に地球の砂、空、海を結びつけています。水に落ちた粒子は海の生物に栄養を与え、藻類の大発生を引き起こします。科学者たちはこのプロセスについてさらに詳しく研究していますが、それがどのように機能するのか、また機能するかどうかについてはまだ多くの疑問が残っています。

本日サイエンス誌に発表された新しい研究で、科学者たちはこれまでの謎の一つに答えを出しました。彼らは、塵が増えると確かに植物プランクトンも増えることを示しました。

「海洋の仕組みを理解することが根底にある動機です」と、論文の筆頭著者でオレゴン州立大学の植物学者トビー・ウェストベリー氏は言う。「海洋は広大で、多くの点でまだ十分に理解されていません。」

世界の塵の多くは、世界の砂漠から旅を始めます。砂の上を吹く風が細かい粒子を運び去ることがあります。そして、砂が一箇所に長く留まるほど、その場所で発生する塵の量が増えます。世界で最も塵が多く発生する場所は、北アフリカの広大なサハラ砂漠です。

そこから、塵の粒子は世界の風のパターンに乗って運ばれてきます。たとえば、北アフリカの塵は偏西風に乗ってヨーロッパに運ばれてくるかもしれませんし、北アフリカから大西洋を渡って貿易風に乗って運ばれてくるかもしれません。

必然的に、塵の一部は途中で世界の海に落ち、砂漠から運んできたリンや鉄などの元素を降ろします。大気も不活性ではなく、空中の粒子に新たな化学物質を追加します。塵が地球の対流圏の上空を高く飛ぶと、周囲の空気から窒素を集めます。塵がこの窒素やその他の栄養素を水に運ぶと、植物プランクトンの繁殖が促進され、海が緑色に染まり、海の色そのものが変わります。

大気中の塵は海藻の主な栄養源ではない。科学者たちは、海藻は主に海底から湧き上がる水に頼っていると考えている。しかし、塵は、特に鉄が不足している海域に鉄を供給することで、影響を及ぼす可能性がある。

科学者たちは、塵粒子が鉄の運搬役を果たしていることに注目している。「塵について考えるとき、私たちはたいてい、それを鉄とすぐに結び付けます」と、論文の共著者ではないノースカロライナ州立大学の地球科学者ダグラス・ハミルトン氏は言う。

このプロセスについては、まだ答えが出ていない疑問が数多く残っています。塵は植物プランクトンを増やす上で具体的にどのような役割を果たしているのでしょうか? 塵の種類によって植物プランクトンの反応が異なってくるのでしょうか?

最も差し迫った問題は、科学者たちがこのプロセスが世界規模で機能することを知らなかったことだ。過去の研究では、砂嵐が局所的な植物プランクトンの大量発生を引き起こす可能性があることが示されていた。また、実験では、文字通り海水に鉄を注ぐと植物プランクトンの成長が促進されることも実証されていた。「私たちはこの研究を行ってきましたが、実際に効果があるのでしょうか？」とハミルトン氏は言う。「効果があると思います。個別の事象では証明されていますが、世界規模で証明されたことはありません。」

論文の著者らはその疑問に答えようとした。NASAは、地表温度が日々どのように変化するかを観測し、2003年から2016年までの大気中の塵の流れをシミュレートした。予想通り、シミュレーションでは、サハラ砂漠周辺の地域、つまり地中海、北大西洋、インド洋などの海域で塵がより多く降ったと示された。

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そのデータを手にした著者らは、同じ期間の海の衛星測定、具体的には植物プランクトンの存在を示す可能性のある海の色の観測に目を向けた。実際、シミュレーションで海の一部に大量の砂塵が降り注いだと示唆された数日後には、植物プランクトンが増加していた。

科学者たちは世界中でそのような反応を観察したが、その異常繁殖は必ずしも同じではなかった。ある地域では、塵の増加が植物プランクトンの量の増加につながった。また別の地域では、塵の増加が植物プランクトンの健康状態を良くし、クロロフィルがより鮮やかになった。さらに別の地域では、塵がまったく反応を引き起こさなかったようだ。

「なぜそうなるのでしょうか？」とウェストベリーは疑問に思う。「塵の鉱物学、つまり塵が何で構成され、どんな栄養素を含んでいるかを知ることは、この目的に役立つでしょう。」

空中から植物プランクトンに撒き散らされる食物源は、塵だけではない。火山の噴火と山火事はどちらも栄養分を噴き出し、それが海に流れ込む。「火山灰は塵と同じではないが、栄養分を運ぶという点ではほぼ同じだ」とウェストベリー氏は言う。一方、科学者たちはオーストラリアの大規模火災と南太平洋の風下の植物プランクトンを関連付けている。地球の反対側では、北部の森林の山火事は北極周辺の植物プランクトンと関連している。

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「この論文は素晴らしい、すばらしい」とハミルトンは言う。「では次の疑問は、さて、他にも存在する物質はどうなるのか？ それらはまたどのような影響を及ぼしているのか？」 今後の研究分野のひとつは、気候変動や山火事を引き起こす人間の活動だ。砂漠化も人間が原因かもしれない。風が運ぶ砂を増やしているのだ。また、私たちの産業活動、たとえば汚染や化石燃料は、それ自体が微粒子を排出している。科学者たちは、これらの物質が植物プランクトンの餌になるかもしれないと考えているが、それが地球全体でどのように作用するのか、あるいは作用するかどうかは完全にはわかっていない。

科学者にとって幸運なことに、彼らは自分たちの分野で植物プランクトンが開花するのを目にするかもしれない。2024年にNASAは海洋の植物プランクトンを観測するために特化したPACEと呼ばれる衛星を打ち上げる予定だ。