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微小な海洋生物は、表層水の溶存無機炭素を体内にとり込み、深層へ運んで放出・貯蔵する、いわばポンプの役割をはたしていることになる。
氷期には、これら生物の働きによって(たとえば、生物生産量や炭酸カルシウムの生成・溶解過程が変わるなどして)、現在より多量の炭素がおもに海洋深層に保持されていたと思われる。 そのさまざまな可能性をつぎに考えてみよう。
現在、中緯度海域の表層水は、植物プランクトンに利用されて栄養塩がほぼ完全に枯渇しているが、リンや窒素が残っていながら、生物生産があまり高くならない。 この一巡には、平均千年から二千年の時間がかかるといわれている。
中・深層の海水には、沈み込むときに海水が含んでいた分(約三分の一)と、後からプランクトンの死骸の有機物が分解して再生した分を合わせて、栄養塩がきわめて豊富である。 それらが表層にもたらされて植物プランクトンに有効に利用されれば、海洋の生物生産性は向上する。

氷期には、海洋循環が変わっていたと想像されているが、それにともなって、中・深層の栄養塩がより有効に生物生産に組み入れられ、その結果、大気中の二酸化炭素濃度を減少させたとするモデルも相次いで発表された。 つまり、海洋中の栄養塩の総量は変わらなくても、回転を速くし、生物ポンプの効率を上げることによって、大気中の二酸化炭素濃度を二○○ppm以下にまで下げることも可能なのである。
海洋の生物生産は、光の届く海洋表層(有光層)で行われるが、プランクトンは死後、有機物粒子として深海へ運ばれて表層から除かれるため、その不足した溶存無機炭素を補う形で、大気から二酸化炭素が溶け込む。 この過程を「生物ポンプ」とよんでいる。
それは二酸化炭素と水が結合し有機物と水を作る反応である。 海洋の生物生産を規制しているものは、おもに微量必須栄養素である、窒素やリンの濃度である。
氷期の海水準低下で露出した陸棚の堆積物からリンが供給され、富栄養化して海洋の生物生産がふえたのではないかとする説もある。 つまり、過剰の栄養塩が海にもたらされた富栄養化現象である。
また、海洋循環のモードが変わり、中・深層の海水に含まれた豊富な栄養塩が表層にもたらされて、光合成が活発になったとする説もある。 海洋深層の流れは、グリーンランド東方海域や南極周辺海域の比較的塩分の高い表層水が、冷却されて重くなるために沈み込むことで形成され、世界中の海を巡りめぐって、最終的には上昇して海洋表層にもたらされる。
東太平洋の赤道付近や南極周辺などがそれであるが、これらの海域では、最近微量必須元素の一つである鉄が不足しているために、生物生産が制限されていることがあきらかになってきた。 リービッヒの最少律で知られる必須栄養素の中に、カリウムやマグネシウムなどと並んで鉄がある。
鉄はクロロフィルの構成元素で、植物プランクトンの増殖に不可欠である。 しかし、海水中では鉄はおもに三価で存在し、水酸化物を形成するため非常に不安定で、平均滞留時間が短い。

そのため海水中に豊富なカリウムやマグネシウムとは異なり、鉄は測定するのが困難なほど濃度が低い。 カリフォルニアのモス・ランディング研究施設のマーチンが、クリーン技術を駆使して分析した結果、表層海水中の鉄の濃度は、一ナノモル(一億分の一モル)以下であり、リン酸や硝酸のように、とくに表層で低いことがわかった。
それらの海域で海水を採取し、少量の鉄を加えると活発に植物プランクトンが増殖することから、生物生産の制限要因となっていることが推定された。 もし氷期に、そのような海域に鉄が供給されたとすれば、生物ポンプの効率を高め、大気中の二酸化炭素濃度を減少させたことが期待される。
氷床コア中のダストの量が、氷期に激増することでもわかるように、氷期には気温が低く乾燥気候だったため、土壌粒子などが舞い上がりやすい状態だった。 そのダストに含まれた鉄が大気を通して、現在の富栄養低クロロフィル海域に運ばれ、海水に溶出して生物生産を高めたことが容易に想像されるのである。
しかしながら、これら生物ポンプのメカニズムの詳細はともかく、生物生産の変化にともなう有機物の深層へのフラックスの増加で、大気中の八○ppmの減少を説明しようとする試みには、どうしても越えられない大きなハードルがあった。 それは、深層水中での有機物の酸化分解には溶存酸素が使われるが、あまりに有機物粒子の沈降が多くなると、深層水の酸素が消費しつくされて酸欠状態になってしまうということである。
これは、深海の相当部分がヘドロ状態になることを意味し、氷期にも原生動物である底棲有孔虫が生きていたことを示す、深海堆積物の記録とあきらかに矛盾する。 アルカリ度が増加する。
したがってアルカリポンプとよぶが、この過程は、深海が過剰の炭素を貯蔵しても無酸素状態にならずにすむ、いまのところ唯一の解決策なのである。 海洋表層の海水は、炭酸カルシウムに対して過飽和の状態にあり、有孔虫、円石藻、サンゴなどの生物が炭酸カルシウムを生成する。
この反応は先の中和反応とは逆に、海水の二酸化炭素分を上昇させる。 一方、深海では圧力がかかり、炭酸カルシウムの溶解度が増すことや、有機物の分解のために二酸化炭素の分圧が高くなることから、ある深度を越えると未飽和になり、沈降してきたプランクトンの炭酸カルシウム殻は溶解する。
表層海水のアルカリ度が氷期に高かったことは、二酸化炭素の大気と海水間の物理的な溶解平衡から、計算で求めることができる。 革命前に比べてpHは○・一五程度、またアルカリ度は九○マイクロ当量ほど高かったことがわかる。

そこで氷期にはなんらかの理由で、炭酸カルシウムがよく解けるようになったのではないかとする説が出きれた。 たとえばM科大学のBによれば、そこで残る可能性は、炭酸カルシウムの生成と溶解のバランスが変わることによって、大気中の二酸化炭素が海に吸収されたのではないかとする考えである。
二酸化炭素吸収の原理は、水と二酸化炭素の存在下で炭酸カルシウムが分解すると、カルシウムイオンと重炭酸イオンに変わるという中和反応である。 溶存酸素は関係せず、ば、生物生産が高くなって、海底に到達する有機粒子のフラックスが増大し、その分解によって生じた二酸化炭素によって、海底の炭酸カルシウムの溶解を加速することが考えられる。
その結果、深層水のアルカリ度が増加し、その海水が海洋循環によって表層に出て大気に接すると、二酸化炭素を吸収することになる。 具体的にその効果を論じた論文も、その後いくつか発表されている。
しかし、たとえこのように深海底で炭酸カルシウムの溶解が増したとしても、その影響が大気にあらわれるには、海洋循環の時間スケールから考えて、少なくとも数百年はかかるに違いない。 しかし、氷床コアの二酸化炭素濃度や、泥炭コアの炭素同位体比が示す大気中の二酸化炭素濃度の変動は、わずか二○から三〇年でおこっているのである。
つまり、この深海底炭酸塩溶解説だけで説明するのも困難なようである。 そうこうする中で、Nらは新しい解決策を思いつき、論文に発表した。

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