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ゆたかやまがた
5 years ago
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1 危機的状態の地球窒素循環 1. 物質と生命の循環における微細藻の役割地球上で窒素循環が危機的状態であると言ったら驚かれる方も多いと思います地球の大気中に78% もある窒素がなぜ危機的状態かという疑問ですおよそ 46 億年前地球ができた時窒素ができ以来窒素には何の変化もない筈です窒素と炭酸ガスと水蒸気だけだった大氣が冷えて海ができ大気はほぼ窒素と炭酸ガスになりやがて海水中でその時やっと単細胞にまで成長した微細藻 ( シアノバクテリア ) が酸素も作り大気中に酸素やオゾンもできたのは今から 27 億年前のことです 27 億年前から 6 億年前まで 20 億年かかって光合成生物が酸素を作りおよそ 3 億年前には地球上の大気は現在とほぼ同じになったと言われます窒素は大気中の 78% です大氣中に窒素は2 原子が安定した結合 N 2 として存在しますが問題は反応性に富む窒素 N R です炭素や水素や酸素に比べて生物中で窒素の量的な貢献はマイナーですところで初めの 3 つは生物の組織構成要素ですから食物や水から簡単に取り込めるのに対して窒素は大気中にロックされていて簡単には取り込めませんほんの少しだけが生き物に吸収できる形で存在しますこのちっぽけな量が実は決定的に重要なのですなぜなら窒素は RNA と DNA の成分だからです下の図は, 地球上の窒素の物質収支です 1860 年の数値 (T テラ g/ 年 ) で UNESCO-SCOPE Policy Brief(2007) よりの抜粋です茶色の部分が N R - 反応性窒素プールです - 1

地球への窒素入力は化石燃料バイオ窒素固定雷です反応性窒素は大陸および工業地帯で N 2 O, N 2 O,NH 3, に変わり一部は海洋へ流れこれが一番重要だと思うのですが蓄積されます蓄積された窒素は毎年増える理屈です 1860 年時点では海洋への流出はあるものの大陸での窒素の蓄積はありません生物の発生以来うまく循環してきたわけです大陸および海洋のバイオ窒素固定は

2 地球への窒素入力は化石燃料バイオ窒素固定雷です反応性窒素は大陸および工業地帯で N 2 O, N 2 O,NH 3, に変わり一部は海洋へ流れこれが一番重要だと思うのですが蓄積されます蓄積された窒素は毎年増える理屈です 1860 年時点では海洋への流出はあるものの大陸での窒素の蓄積はありません生物の発生以来うまく循環してきたわけです大陸および海洋のバイオ窒素固定は微生物によって行われます具体的には豆科植物の根につく根粒菌 (Rhizobium) とシアノバクテリア ( 藍藻とも言います ) とによってなされますその意味では今回話題のシアノバクテリアも立派な主役の一員です微細藻の一種シアノバクテリアは単細胞植物で水中に浮遊して生息しますが一部のシアノバクテリアは水上植物 ( アゾラ ) などと共生して生息しています下の図は, 最近の地球上の窒素 (N R ) の物質収支です 1995 年の数値で UNESCO-SCOPE Policy Brief(2007) よりの抜粋です注目して頂きたいのは化学的 N 固定です近年化石燃料が増えたり耕地が増えたのは納得のいく話ですが問題は化学的 N 固定です 1860 年に存在しなかったものが化学技術の進歩で新しく生み出されましたハーバーボッシュの化学的窒素固定です地球への合計入力として 1860 年に 141T テラ g/ 年だった反応性窒素 (N T ) は 268T テラ g/ 年に増加しています地上から大氣に逃げる N 2 O, N 2O,NH 3 の量が変化するのは当然のことですが 1860 年まであまり変化なくバランスを保っていいた地上の反応性窒素 (N T ) が急激に増えているのは問題です -2-

もう少し詳しく見てみましょう 141Tg/ 年から 268Tg/ 年に変わった差の 127Tg/ 年がどうなったかということですが一番多い蓄積が 60Tg/ 年海洋へのリークが 48Tg/ 年です残りは大気圏に逃げますが大気圏への逃げについては既に多くの議論があるのでここはそれ以外について考えたいと思います 1860 年に 12.7 億人だった世界人口は 1995 年には 27.

3 もう少し詳しく見てみましょう 141Tg/ 年から 268Tg/ 年に変わった差の 127Tg/ 年がどうなったかということですが一番多い蓄積が 60Tg/ 年海洋へのリークが 48Tg/ 年です残りは大気圏に逃げますが大気圏への逃げについては既に多くの議論があるのでここはそれ以外について考えたいと思います 1860 年に 12.7 億人だった世界人口は 1995 年には 27.7 億人と増加しました人口増加に影響する要因の内最大のものは食料の増産です (Hyde の推定より ) 化学肥料の増量 (100Tg/ 年 ) が人口増加に寄与したことは疑うべくもありませんさらに 2012 年に 70 億人とこの間 42 億人も増加していますが人口増の比率で化学肥料が増加していると考えると驚きです人口増加の地球への影響を考える時真っ先に思いついたことはこの問題の本質は何かということですそれは人口増加が地球の食物連鎖に大きな変化を及ぼしている筈あdのではないかということです地上の全ての生き物はこれまである種の食物連鎖の中で生きて来ました 1860 年から 1995 年までに著しく増加した生き物は人間集団だと思います上の図は地球上にどんな生き物がどれほど生存するかを提案者がまとめたものです食物連鎖の中で生産性の高い順に並べてありますクジラもゾウも色々居るけれど一番多い高等生物はヒトです食物連鎖の一次生産者に微細藻などが在りそれを食べて高等生物が生きているわけですがクジラやゾウがどんどん増えたという話はありませんヒトのみが増えるということがすなわち食物連鎖の危機だと思います地球上で最大のヒト集団のみが爆発的に増加するということは他の生物にとっては絶滅を意味すると思います生物の多様性を破壊した元凶は化学肥料で別の表現をすればヒトであり現在なお前にも増して強烈に増加していますアジアからトラが消え白クマが絶滅寸前世界各地で大型の動物が消えつつあります上の図で左上の緑色の丸は微細藻です微細藻の賦存量は 20 万 Tg(2,000 億トン ), 人間集団は 350Tg(3.5 億トン : 70x10 8 人 x50x10-3 トン / 人 ) です -3-

微細藻賦存量は海洋大循環によってもたらされる N R によって生産されるものです地球上の海洋面積はおよそ 70% ですが海洋の生産性は栄養状態などにより陸上よりは悪いものの陸上の生産量と海面の生産量はほぼ同じとされています従って物質と生命の循環において食物連鎖の一次生産者である微細藻の役割は陸上の一次生産者と相俟って循環の基盤をなすものですが微細藻の場合

4 微細藻賦存量は海洋大循環によってもたらされる N R によって生産されるものです地球上の海洋面積はおよそ 70% ですが海洋の生産性は栄養状態などにより陸上よりは悪いものの陸上の生産量と海面の生産量はほぼ同じとされています従って物質と生命の循環において食物連鎖の一次生産者である微細藻の役割は陸上の一次生産者と相俟って循環の基盤をなすものですが微細藻の場合窒素循環との関連で懸念される事柄は窒素の増加に伴って派生する微細藻種の変換だと考えています地球上の海水の量は 1.35x10 12 Tg です地球へのN R の蓄積は 100Tg/ 年程度ですが地球の時間からすればまもなく海水がN R で汚染され身動きできなるのではないでしょうか地球への N R の入力は陸上では窒素固定バクテリア-リゾリウム (Rhizorium), 海洋ではシアノバクテリアですシアノバクテリアは最初に地球上の現れた微細藻で窒素固定を行いますその後現れた緑藻は窒素固定能力を持ちませんが両方が現在も生息しています大氣中の非反応性窒素 N 2 のバイオ N 固定はこの二つに限られます ( 環境省 HP より ) 海洋へ流出した N R は暖かい表層流とともに西に移動し大西洋の北で海底に沈みますその後南極まで南下し東に流れその間マリンスノーとして沈降する有機物を飲み込みペルー沖で湧昇流として海氷面に現れカタクチイワシとして再び地上に現れます海洋大循環のN R の増加は微細藻種の変換を意味します今後どのように変化するかを推定するのは困難ですが 1860 年と現在とを比較するとその回答が簡単に判ります湖での環境変化は海の環境変化の 10 倍になると聞きました例えば宍道湖においてシジミの生産量は昭和初期の 1/10 に減少しハマグリが絶滅し中海が赤潮の起きるヘドロの海になったことなどが今後海洋で起きると思われます次頁の図は UNEP(United Nations Environment Programme), Reactive Nitrogen in the Environment 2007 の figure 1 に世界人口の推移を重ねたものです N R が今後どうなるかを検討するために添付しましたこの図からも化学肥料の増加と人口増加には深い関係があると読み取れます 1980 年から 2000 年の間に化学肥料は 1Tg/ 年の勢いで増加していますその計算で行くと 1995 年の化学肥料の数値 100Tg/ 年はすでに 120Tg/ 年近くになり海洋は当時 -4-

より 2,000Tg ものN R を受け入れた可能性があります世界が赤潮の海になり著しく魚介類の収穫が減少するのは明らかです海洋の窒素濃度の変遷を調べることが必要です参考文献 1.V. Smil, Global Population and the Nitrogen Cycle, Science Am

5 より 2,000Tg ものN R を受け入れた可能性があります世界が赤潮の海になり著しく魚介類の収穫が減少するのは明らかです海洋の窒素濃度の変遷を調べることが必要です参考文献 1.V. Smil, Global Population and the Nitrogen Cycle, Science American, A. Harrison, The Nitrogen Cycle of Microbes and Men, Visionlearning, S. Fields, Global Nitrogen: Cycling out of Control, CHP UNESCO-SCOPE, Policy Briefs, Human alteration of the nitrogen cycle, UNEP, Reactive Nitrogen on the Environment, Yoshi のブログ巨大な人間集団 Yoshiのブログ海の話しをしよう Yoshi のブログ自然の海で珪藻は Yoshi のブログ宍道湖で何が起きたか

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PowerPoint プレゼンテーション環境と食糧 2008.11.13 35 億年前の化石現代の藍藻三葉虫の化石カンブリア爆発 5 億 4500 万年 ~5 億 500 万年前ジュラシックパーク 6500 万年前に絶滅霊長類の出現ジャワ原人ネアンデルタール人アイスマン Human (Homo sapiens) 億人 60 30 20 10 BC 8000 100 万人 BC 2500 1 億人 BC 0 2 億人 1000