カルスト地形の炭素吸収源の秘密を解明：終わりのない「炭素回収の専門家」

世界のカルスト分布面積は2,200万平方キロメートルで、陸地面積の15％を占めています。炭酸塩岩の風化と溶解によって生成される地球全体の炭素吸収フラックスは年間5億5000万トンで、これは地球全体の森林炭素吸収フラックスの33%、土壌炭素吸収フラックスの70%に相当します。 2019年11月、生態環境部は「2019年中国の気候変動に関する政策と行動に関する報告書」を発表した。 「炭素吸収源の拡大」の項には、「天然資源省は、人工植林や草地の植栽、土壌改良、外生灌漑、水生植物栽培など、カルスト地形の炭素吸収源を拡大するための4つの方法を積極的に検討している」と記載されていた。これは、カルストの炭素吸収源が、気候変動への対応や炭素吸収源の拡大などの目標を達成する上で重要な役割を果たすことを意味します。

カルストの炭素吸収源を理解するには、まず炭素吸収源とカルストという 2 つの概念を理解する必要があります。いわゆる炭素吸収源とは、植林や植生回復などの対策を通じて大気から二酸化炭素を吸収し、それによって大気中の温室効果ガスの濃度を減らすプロセス、活動、またはメカニズムを指します。陸上生態系の炭素吸収源、海洋の炭素吸収源、地質の炭素吸収源を含みます。カルスト地形は、カルストとも呼ばれ、水による溶解性岩石（主に炭酸塩岩）の化学的溶解、水による浸食、堆積、および岩盤の重力崩壊によって形成される地形、現象、およびそのプロセスの総称です。その中で、大気中の二酸化炭素を消費する炭酸塩岩の風化はカルスト炭素吸収源と呼ばれています。カルスト炭素吸収源は地質学的炭素吸収源に属します。この過程で、大気中の二酸化炭素は継続的に除去され、HCO3-の形で水圏に入り、炭素吸収源としての役割を果たします。

カルスト地形

カルスト炭素循環は大きな可能性を秘めていますが、その循環プロセスは静かです。炭酸塩岩は溶解性の岩石であり、その風化速度と溶解速度は珪酸塩岩の数十倍から数百倍です。通常、雨水は大気と土壌中の二酸化炭素を溶解して炭酸を生成し、炭酸塩岩を溶解して HCO3- と Ca2+ を含むカルスト水体を形成します。このプロセスの間、大気中の二酸化炭素は継続的に除去され、HCO3-の形で水圏に入り、対応する炭素吸収源の役割を果たします。炭酸塩岩の風化によって駆動される無機炭素循環によって生成される炭素吸収源は非常に隠れています。根本的な理由は、地質史時代に炭酸塩岩が暖かく、日当たりが良く、清浄な浅い海の環境で形成され、その溶解過程も澄んだ透明なカルスト水を通して示されたためです。したがって、カルスト炭素循環プロセスは静かである。

カルスト地形 - 鍾乳石

流域規模のカルスト炭素循環には通常、発生、移動、変化という 3 つの部分が含まれます。カルスト炭素循環の 70% ～ 80% は浅いカルスト表層地帯で発生し、地下河川や地下洞窟で発生するのはごく一部です。 HCO3 を豊富に含むカルスト水の移動プロセス中に、過飽和により洞窟内で化学物質の沈殿 (鍾乳石の形成) が発生します。少量の HCO3- は二酸化炭素に変換されて洞窟内の空気中に放出されますが、より多くの HCO3- は地下水の流れに乗って、泉や地下河川の形で地表から流れ出し、川、湖、海へと運ばれます。一部の炭素は沈殿により水の底に沈みます。無機炭素の濃度が高いこれらのカルスト水は、水生植物の光合成を刺激し、無機炭素の一部を有機炭素に変換します。

カルスト地形 - 鍾乳石

カルスト炭素循環の原動力は水と二酸化炭素であることを指摘しておくべきである。気候の種類によって、気温、降雨量、CO2濃度、植生被覆率、土壌組成、地下空間などのさまざまな条件により、炭素吸収源の強度は異なります。カルスト地形の炭素吸収源は、人間の介入によって推進力が変化した場合にも増加する可能性があります。

植生の回復、土壌改良、外因性水分作用、水生植物の光合成の強化を通じて、カルストの炭素吸収源を増やすことができます。まず、植生の回復です。植生の回復は土壌呼吸を促進し、土壌の二酸化炭素濃度を増加させ、地下のカルスト炭素吸収源を大幅に増加させ、さらに表面の生物学的炭素吸収フラックスを増加させます。第二に、土壌を改良します。カルスト炭素吸収源の炭素は主に土壌の二酸化炭素から来ています。土壌を人工的に改良することで、土壌生物の活動と土壌の多孔性を高め、土壌の二酸化炭素循環を増加させ、カルストの炭素吸収効果を高めることができます。 3番目に、外部水の役割に注目してください。珪酸塩岩地域から発生する外生水は強い侵食力を持っています。代表的な河川流域のモニタリング結果によると、桂林の茅村地下河川流域では、上流の非カルスト地域の水がカルスト地域を流れた後、カルスト水の炭素フラックスが約10倍に増加しています。麗江流域のモニタリング結果によると、小規模流域の炭酸塩岩分布面積が約50%の場合、外因性水がカルスト炭素吸収源に最も大きな影響を与えることが示されています。 4番目に、水生植物の光合成を促進します。カルスト水中の重炭酸イオンは、水中植物の光合成に必要な炭素を供給することができます。カルシウムイオンは水生植物の成長に必須のミネラル元素であるだけでなく、水生植物による無機炭素の利用を促進することもできます。カルスト水は水生植物に「肥料効果」をもたらします。水中植物の光合成は、水中の重炭酸イオンを消費し、水中の炭素を安定した有機炭素に変換し、水中の重炭酸イオンの濃度を低下させ、カルスト水域における炭素移動プロセスの安定性を維持します。

カルスト地形は我が国に広く分布しており、カルストの炭素吸収源は我が国の「二炭素」目標の実現にとって大きな意義を持っています。 2021年10月、「中国共産党中央委員会と国務院による新たな発展観の全面的、正確かつ全面的な実施、カーボンピーキングとカーボンニュートラルの推進に関する意見」および国務院の「2030年までのカーボンピーキング行動計画」では、「カルスト炭素吸収源の開発と利用を積極的に推進する」および「カルスト炭素吸収源の基礎調査を実施する」という炭素吸収能力の強化行動が提案されました。カルスト炭素吸収源は、「カーボンニュートラル」を実現するための重要な技術的手段として、国家の「デュアルカーボンアクション」のトップレベルの設計に組み込まれました。これにより、地球規模の気候変動への対応におけるカルスト炭素吸収源の潜在的な役割が十分に発揮され、生態文明と持続可能な開発の構築に重要な貢献を果たすことができます。

（執筆者：中国地質科学院カルスト地質研究所助手研究員 魏延蘭、中国地質図書館副研究員 王立、中国地質科学院カルスト地質研究所副研究員 李文麗）