見過ごされてきた主要な気候要因として森林が浮上

しかし、科学者が将来の気候を予測するために頼っているコンピューターモデルは、その規模で水を移動させる植物の力を認めるにはほど遠いと、スワン氏は述べた。 「それらは小さいですが、一緒にすると強力です。」

科学者たちは 1970 年代後半から、世界最大の 550 万平方キロメートルのアマゾンの熱帯雨林が独自の嵐を起こすことを知っていました。より最近の研究では、大陸内陸部に降る降雨の半分以上が、土壌から大気中に水を循環させる植物から来ており、強力な風の流れがそれを遠くの場所に運ぶことができることを明らかにしています。米国中西部、ナイル川流域、インドなどの多様な農業地域や、サンパウロなどの主要都市では、これらの森林が駆動する「空飛ぶ川」から多くの雨が降っています。人類の食事の大部分が、少なくとも部分的には森林による降雨によるものであると言っても過言ではありません。

そのような結果はまた、私たちが通常考えている原因と結果が大きく逆転していることも意味しています。通常、私たちは「森林があるから湿っているというよりは、湿っているから森林が存在する」と考えるかもしれないと、オスロ郊外のノルウェー生命科学大学キャンパスの環境科学者である Douglas Sheil 氏は述べています。しかし、それはすべて後ろ向きなのかもしれません。 「[湿った気候] は森林によって引き起こされる可能性がありますか?」彼は尋ねました。

北極の森

Swann は 2005 年にカリフォルニア大学バークレー校に到着し、大気科学者の Inez Fung と共に博士号を取得しました。 1980 年代、Fung は、現実的な植生と関連する二酸化炭素フラックスを含む気候モデルへの道を開くのに貢献しました。 (彼女の他の業績の中でも、彼女は NASA の科学者ジェームズ・ハンセンとの 1988 年の論文の共著者であり、気候変動を一般の人々の注意に向けさせるのに役立ちました。) 彼女が扱ったモデルは当時最先端のものでした。しかし、他の研究機関の対応するものと同様に、生物圏を単純化して表すことしかできませんでした.

2000 年代半ばまでに、モデルは十分に改善され、科学者は気候システムで植物が果たす役割をより正確に研究できるようになりました。 Fung は、Swann が気候モデルで北極圏を森林にしようと提案した。地球が温暖化するにつれ、樹木は高緯度に定着しているため、この地域の気候にどのような影響を与えるかを尋ねるのは理にかなっているように思われました.他の研究者は、以前に北部のトウヒ林の拡大の潜在的な影響を調べていました。当然のことながら、それらの木の葉は黒く、ツンドラ、氷、低木に取って代わられる事実上、より多くの太陽光を吸収するため、北極圏がより暖かくなる可能性が高いことがわかりました。 Swann は、侵入してくる森林が白樺やアスペンなどの明るい色の葉を持つ落葉樹だったらどうなるかを調べることにしました。

彼女のモデルでは、北極圏はまだ約 1 ℃ 暖かく、彼女が予想していたよりも高かった. Swann 氏は、シミュレートされた森林が大量の水蒸気を放出していることを突き止めました。水蒸気は、二酸化炭素と同様に、地球からの赤外線放射を吸収し、その一部を下方に向ける温室効果ガスです。蒸気はその後、陸と海で氷を溶かし、より多くの日光を吸収してさらに暖かくなったより暗い表面を露出させました.新しい森林はフィードバック ループを開始し、気候変動の影響を増幅しました。この発見は、植物が地域の気候に及ぼす力を示唆しています。

別の研究で、スワンは北米、ヨーロッパ、アジアの温帯地域のすべての植生地域を森林に変えました。繰り返しになりますが、この演習は現実世界ですでに起こっていることを誇張しています。衛星データは、おそらく大気中の二酸化炭素の増加と成長期の延長によって、以前の農地が森林に戻るにつれてこれらの大陸が緑化していることを示しています.

北極研究と同様に、新しい樹木は日光を吸収して暖め、気候システムにエネルギーを加えました。その後、大気の流れがこのエネルギーを惑星の周りに再分配しました。アマゾン南部では干ばつが起こり、サハラ砂漠では雨が降りました。これらの影響は、ハドレー セルの再配置によって引き起こされました。これは、赤道から上昇し、熱帯地方に雨を降らせ、北緯 30 度と南緯 30 度付近で乾燥した空気として再び下降する大規模な空気のコンベヤー ベルトです。世界の砂漠です。植物だけの影響で、ハドレー細胞は北に移動しました。

スワンは、隠れた「テレコネクション」、つまり微妙な大気メカニズムを通じて遠く離れた場所を支配している領域を発見したようです。 Fung はそれほど驚かなかった. 1920 年代から理解されている定期的なエルニーニョ現象では、東太平洋の異常に暖かい地表水が南アメリカ西部とアフリカで大雨を引き起こし、東南アジアとオーストラリアで干ばつを引き起こします。スワンのシミュレートされた出来事の目新しさは、海ではなく森林が影響を与えたことでした.

コロラド州ボルダーにある国立大気研究センターの地球科学者で、植物が大気に及ぼす影響についても研究しているゴードン・ボナンは、「私にとって、それは非常に興味深い視点でした」と語った。 「この植林を十分に行えば、実際に循環パターンを変えることができます。」

森林の変化による遠方への影響

緑の北極や再植林された温帯などのシナリオは、見かけほど現実離れしたものではありません。 自然に関する最近の研究 は、過去 35 年間で、これらの地域の樹木被覆が 200 万平方キロメートル以上増加したと報告しています。

大規模な樹木の損失もまた、私たちの現代世界の一部です。温帯林と北方林が地上に出たのとほぼ同じ時期に、アマゾンの熱帯雨林の約 20% が伐採されました。 2010 年以降、主に干ばつと山火事が原因で、カリフォルニア州だけで 1 億 3000 万本近くの木が枯れました。

将来の気候変動が森林にどのように影響するかを理解するために多くの努力が払われてきました。 2005 年、2010 年、2015 年に発生した深刻な干ばつに基づいて、一部の科学者は、アマゾンの熱帯雨林の多くがサバンナに変わり、炭素貯蔵、生物多様性、および地域の気候に壊滅的な影響を与える転換点に近づいている可能性があると考えています。 2017 年後半の論文は、将来の温暖化によって干ばつがアメリカ南西部の森林にとってさらに致命的なものになるという証拠を提供しました。一部の科学者は、南西部の森林の多くがサバンナまたは草原になる可能性があると予測しており、少なくとも 1 つ — ロス アラモス国立研究所のネイト マクダウェル — は、この地域の木の大部分が枯れる可能性があると述べていると引用されています.

しかし、森林の変化が地球規模の気候をどのように変化させるかという問題は、ほとんど考慮されていません。 「私たちは何十年もの間、植生の影響を呼び起こす必要なしに、気候モデリングでどれだけうまくやれるかを探してきました。」ウィリアムズは言った。 「植生は後回しにされたようなものです。」

Swann と Fung の研究では、植物を前面に出す必要があることが示唆されました。他の研究者も注目しています。今年初め、スワンを含む 2 つの科学者グループが、二酸化炭素レベルの上昇に伴い、森林による水輸送がどのように変化するかについての研究を執筆しました。個々の葉の研究によると、植物が二酸化炭素に浸されると、葉ごとにそれほど多くの気孔を作る必要がなくなり、気孔を閉じる時間が長くなることが示されています。これらの変化は、森林植物が生き残るために水を節約するのに役立ちますが、周囲の大陸に雨として降る水蒸気を減らします.さらに、植物が蒸散すると、暑い日に汗が蒸発して体が冷やされるのと同じように、地球の表面が冷やされ、空気が暖められます。葉レベルの変化が大陸全体で拡大すると、大気から水分が奪われ、地球の表面が暖まる可能性があります。

カリフォルニア大学アーバイン校の気候学者 Michael Pritchard にとって、Swann の結果は「非常に挑発的であり、大きな警鐘でした」と彼は言いました。 「この影響は、将来の干ばつ深刻度の見通しの地図を書き換えているようです。」

Pritchard 氏は、これまで気孔閉鎖効果に気づいていなかったと述べた。この知識に触発されて、当時カリフォルニア大学アーバイン校の気候科学者だったガブリエル・クーパーマンが率いるグループに参加し、アマゾン、中央アフリカ、東南アジアの 3 つの主要な熱帯雨林地域における二酸化炭素の増加による将来の影響を調査しました。

Nature Climate Change に掲載された研究では 4月、研究者たちは、気孔が閉鎖されると、2100年までに地域で見られる降水量の変化の半分が引き起こされることを発見しました。さらに、世界で最も炭素が豊富で生物多様性の高い熱帯雨林の本拠地であるアマゾンは、最も深刻な減少に見舞われるでしょう。

スワンは現在、さまざまな規模での森林変化の影響を調べています。 2016 年の論文で、彼女は、北アメリカ西部の森林を一掃すると、南アメリカ東部の森林がより活発に成長し、ヨーロッパの成長が低下したと報告しました.

そして5月に発表された研究で、彼女は米国の森林の死滅が国内の他の森林にどのように影響するかを調査しました.彼女のモデルでは、国立科学財団が生態学的に異なると特定した 13 の重度の森林地域の森林を伐採しました。結果は劇的でした。彼女が太平洋南西部の木を一掃したとき、米国中西部と東部の森林が被害を受けました。実際、近年、太平洋南西部では推定 1 億本の木が失われましたが、そのほとんどは干ばつと貪欲な昆虫によるものです。

ただし、森林の死滅の影響もプラスになる可能性があります。 Swann の研究では、大西洋中部から木を取り除くことは、それらの地域の夏をより涼しく、または湿らせて、他の場所の森林を実際に助けました。スワンは、これは人々が森林を伐採すべきだという意味ではないことを強調します。森林は、炭素貯蔵、野生生物の生息地、水のろ過など、他の地域への影響を超えて無数の利益をもたらします.しかし、環境保護団体は、木が他の場所の森林に害を及ぼす可能性があるかどうか、または太陽エネルギーを吸収して地球を暖める可能性があるかどうかを考慮せずに、気候の解決策として木を植えることがよくあると彼女は指摘します.

たとえば、中国やアフリカのサヘル地域では、政府が後援する大規模な植林が行われています。それらが地球の気候にどのような影響を与えたかは誰にもわかりません。 「私たちが言いたいのは、これだけの木を植えれば、地球温暖化が減少するということです」とボナンは言いました。 「私たちはまだその答えを完全には持っていません。」

Swann にとって、何らかの効果が見られるのはスリル満点でした。 「規模が縮小すればするほど、これらの気候の反応とその後の森林の反応を特定するのはますます難しくなると思いました」と彼女は言いました。 「これらの小規模な森林損失は依然として大きな影響を及ぼしており、実際にはその影響は失われた樹木の面積だけにとどまりません。」

不確実性は依然として重要

誰もがエコクライメートのテレコネクションに満足しているわけではありません。 Sheil は、クーパーマン主導の研究結果に懐疑的です。彼は、気候モデルは、実際の生物学的世界について意味のあることを言うのに十分なほど正確に植物生物学や空気の動きや降雨の物理を表現していないと考えています.たとえば、同じ入力が与えられた異なる気候モデルは、異なる予測を行うことが多いと彼は指摘しています。

他の人は、生態気候の研究者が 1 つのモデル、Community Earth System Model (CESM) に大きく依存していると指摘しています。通常、気候科学者は、多数のモデルの出力でそれを確認するまで、現象が本物であると確信しません。たとえば、次回の気候変動に関する政府間パネルの報告書には、30 以上のモデルの結果が組み込まれます。プリチャード氏によると、CESM は植生に対して非常に敏感である可能性があります。

Swann は彼女自身の批評を追加します:彼女と彼女の同僚は、彼女のモデルで森林が遠く離れた地域に影響を与える物理的因果関係の完全な連鎖を常につなぎ合わせることができたわけではありません.たとえば、米国の森林に関する彼女の最近の論文では、1 つずつ調査するにはあまりにも多くの異なるメカニズムがあった、と彼女は言いました。この状況は、架空の蝶がブラジルで羽ばたき、テキサスで竜巻を引き起こしたことを思い起こさせます。スワンと彼女の同僚は、蝶を羽ばたかせて竜巻が形成されるのを見ることができますが、その間に何が起こるかを完全には理解していません。このようなメカニズムの解明は、今後の作業の焦点となります。

ただし、これらの懸念への対処は一晩ではできません。 CESM とは異なり、ほとんどのモデルは、モデルを作成した少数の科学者によってのみモデリング センターで実行できます。これらの人々は、2022 年に予定されている次の気候変動に関する政府間パネル報告書のシミュレーションの実行に忙しくしています。使用されているモデルのどれも、気候​​に対する植物の影響を完全に説明していないと、スワンは言いました。

気候科学は主に物理現象に関するものであるという歴史的見解は、依然として影響力を持っています。 10 年以上にわたり、気候学者は雲をモデルの不確実性の最大の原因と見なしてきました。雲は入ってくる太陽光を反射して地球を冷やしますが、温室効果ガスである水蒸気でできているため、地球を暖めます。モデルは、将来の冷却と温暖化に寄与する雲の量、および大気中の二酸化炭素の倍増が問題になるが管理可能か、壊滅的かについて大きく異なります.

しかし、特定の地域にどれだけの雨が降るか、季節や年ごとに雨がいつ、どの程度変化するかによって、居住可能な場所とそうでない場所を決定する上で大きな違いが生じます。そして、Swann と Fung の結果は、そのような疑問に対する答えを突き止める上で、植物が雲物理学と同じくらい大きな影響を与える可能性を少なくとも開いています。

さらに、Fung 氏は、問題は独立したものでさえない、と指摘します。森林は雲を生み出します。森林の正確な画像がなければ、雲モデルは不完全なままになります。

そのため、スワンは新しいプロジェクトを開始しています。それは、植物が気候モデルの結果の不確実性にどの程度寄与しているかを定量化することです。その数を手にすれば、生態学と大気科学は切り離せないものであると他の研究者に納得させるためのさらに強力なツールを彼女は手にできるかもしれません.

別の潜在的なプロジェクトには、モデリング研究で見つかったテレコネクションの観測証拠を得るために森林データを調べることが含まれます。しかし、スワンは、森林が経験する多くのプッシュとプルの中でそのようなシグナルが現れることについて、彼女は「少し懐疑的な側にいる」ことを認めています.彼女と、アリゾナ大学の生態学者であり、米国の森林に関する論文の共著者の 1 人である David Breshears は、将来の南西部の森林喪失が、米国の穀倉地帯であり、最も生産性の高い地域の 1 つである中西部の気候にどのように影響するかについても調査しています。地球上の農業地帯

すでに明らかなことが 1 つあります。それは、スワンの影響力が感じられるということです。わずか 10 年余りで、生態気候のテレコネクションは事実上知られていなかったものから、アメリカ生態学会やアメリカ地球物理学連合などの主要な科学会議で頻繁に議論される話題にまで発展しました。そのようなアイデアが「純粋に科学的性質のもの」ではないとして却下されることはもはやありません。

この新しい研究分野の発展は、将来の気候科学者が、1 世紀以上にわたって大きく分けられていた 2 つの分野、すなわち大気物理学と生物学を習得する必要があることを示している、と Fung 氏は述べた。

「『多言語』の科学者はほとんどいません」と Fung 氏は言います。 「アビーが彼女の仕事をしたとき、それは 2 つの分野の融合でした。」彼女は、「それが進歩の仕方です」と付け加えました。