海洋酸性化の影響

表面海水におけるpHの低下と海面水温の上昇により、海水の化学的性質が変化して、大気中の二酸化炭素の増加の影響を受けやすくなり、海洋が大気から二酸化炭素を吸収する能力が低下したり、海水の二酸化炭素の季節変動幅が拡大することが指摘されています(IPCC, 2021)。海洋の二酸化炭素を吸収する能力が低下すると、大気中に残る二酸化炭素の割合が増えるため地球温暖化が加速される可能性があります(IPCC, 2021)。また、海洋酸性化の進行によってプランクトンやサンゴなど海洋生物の成長に影響が及ぶため、水産業や観光業などへの影響も懸念されています(IPCC, 2022)。

海洋酸性化による生態系への影響

海洋酸性化は、多くの海洋の生態系に深刻な影響を及ぼす怖れがあります。植物プランクトンの円石藻、原生動物の有孔虫、貝類、ウニなどの棘皮(きょくひ)動物、熱帯や亜熱帯に分布するサンゴなど、さまざまな海の生物は、海水中に多く含まれるカルシウムイオン(Ca2+)と炭酸イオン(CO32-)から、水に溶けにくい炭酸カルシウム(CaCO3)の骨格や殻を作っています。これらの生物は総称して石灰化生物と呼ばれ、海洋酸性化の石灰化生物への影響を評価する際には炭酸カルシウム飽和度(Ω)が指標として用いられます。

 Ω    =  [Ca2+][CO32-]/Ksp     (1)

ここで、式(1)のKspは炭酸カルシウムの溶解度積(炭酸カルシウム結晶の飽和溶液中におけるカルシウムイオンと炭酸イオン濃度の積)を表します。炭酸カルシウムには、アラゴナイト(アラレ石)やカルサイト(方解石)といった結晶形があります。アラゴナイトとカルサイトでは溶解度が異なり、アラゴナイトの方がカルサイトよりもΩが小さいため、アラゴナイトの骨格・殻を持つ石灰化生物の方が酸性化の影響を受けやすいと予想されています。そのため、海洋酸性化の指標としてアラゴナイトの Ω(ΩA)が多く用いられます。

Ω=1のときは炭酸カルシウムが飽和状態であることを示し、1を下回ると炭酸カルシウムは未飽和状態となり溶解します。海洋酸性化が進行して海水中の水素イオン濃度(H+)が上昇すると、式(2)の反応が右に進んで炭酸イオン(CO32-)の濃度が下がるため、式(1)のΩが低下し、式(3)の右向きの反応で示されるような炭酸カルシウムの殻の形成が困難な環境となります(Orr et al, 2005)。

 H+    +  CO32-  ↔  HCO3-     (2)
Ca2+  +  CO32-  ↔  CaCO3     (3)

現在、世界の表層海洋のΩはおおむね1を上回っていますが、Ωが1以上であってもΩが低下すると炭酸カルシウムを形成する生物の成長速度が低下することが実験で判明しています(Gattuso et al., 1998; Langdon et al., 2000; Albright et al., 2018)。

海洋酸性化が石灰化生物に及ぼす影響は、生育環境や食物網を通じて他の生物にも及びます。例えば、サンゴ礁が作り出す複雑な地形は、多様な海洋生物にとって貴重な産卵場所や捕食者からの待避場所となっています。そのため、サンゴ礁の減少は熱帯域の海洋生態系に深刻な打撃を与える上、地域の社会経済にも大きな影響を及ぼすと懸念されています(Gattuso et al., 1998)。現在、サンゴの生息する海域はΩAが3以上の海域とほぼ一致します(Kleypas et al., 1999)。そのため、「海洋酸性化の将来予測（日本近海）」の解析では、ΩA=3をサンゴの成長に影響が出始める閾値として用いています。

いくつかの海域（太平洋のハワイ島や大西洋のバミューダ諸島の近海など）では、海洋酸性化に伴うΩAの低下が実際に報告されています(Bates and Peters, 2007；Doney et al., 2009；Ishii et al., 2011)。IPCC(2021)によれば、北極域ではすでに季節的にΩAが1を下回っており、南大洋では早ければ2030年代には季節的にΩAが1を下回ると予測されています。海洋酸性化の進行によって食物連鎖の下位に属する植物プランクトンや小さな動物プランクトンが生息、繁殖しにくい環境になると、上位に属する生物にも影響が及ぶ可能性があります。この結果、有用な水産資源の量に左右される水産業や、サンゴ礁等の海洋観光資源に依存する観光業などへの影響も懸念されます。

参考文献

  • Albright, R., Y. Takeshita, D.A. Koweek, A. Ninokawa, K. Wolfe, T. Rivlin, Y. Nebuchina, J. Young and K. Caldeira, 2018: Carbon dioxide addition to coral reef waters suppresses net community calcification. Nature, 555, 516–519, https://doi.org/10.1038/nature25968.
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  • Doney, S.C., V. J. Fabry, R. A. Feely, and J. A. Kleypas (2009), Ocean acidification: The other CO2 problem, Annu. Rev. Mar. Sci., 1, 169-192., https://doi.org/10.1146/annurev.marine.010908.163834.
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  • Orr, J. C., V. J. Fabry, O. Aumont, L. Bopp, S.C. Doney, R. A. Feely, A. Gnanadesikan, N. Gruber, A. Ishida, F. Joos, R. M. Key, K. Lindsay, E. Maier-Reimer, R. Matear, P. Monfray, A. Mouchet, R. G. Najjar, G. K. Plattner, K. B. Rodgers, C. L. Sabine, J. L. Sarmiento, R. Schlitzer, R. D. Slater, I. J. Totterdell, M. F. Weirig, Y. Yamanaka and A. Yool (2005), Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms, Nature, 437, 681–686, https://doi.org/10.1038/nature04095.

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