研究概要
东京工业大学地球生命研究所（ELSI）的客座科学家Donato Giovannelli和特任助教中川麻悠子与牛津大学的博士Peter Barry等人组成的国际联合研发小组发现，从俯冲带（用语1）向弧前区域（用语2）释放的大部分二氧化碳在地壳中变成了碳酸矿物，而在地球表层则被微生物捕获变成了生物膜。这表明此前科学家低估了从地球深层向地表释放的二氧化碳量。
此次，联合研发小组从哥斯达黎加全国的温泉以及连接地球深处的地热喷口采集了样本，根据释放的氦和二氧化碳同位素比值，以及溶解无机碳和溶解有机碳的浓度及同位素比值（用语3），分析了成分来源。而此前由于能进行的实地调查地点有限，很难获得弧前区域的碳含量信息。
利用此次的研究成果，可以重新评估全球的碳排放和吸收情况，并提出包括生物和非生物活动在内的新型碳循环模型，加深对过去、现在和未来的地球气候变化的理解。
相关研究成果已刊登在4月25日发行的英国国际学术杂志《自然》（Nature）上。
图1：研发小组正在采集样本
图2：在哥斯达黎加的温泉出水口发现的粘液状生物膜
研究成果
关于从板块的俯冲带向地球表层释放的二氧化碳，研发小组为了分析向表层喷出的二氧化碳的量和过程，调查了位于南美的哥斯达黎加全国的温泉和地热喷口，并首次确认，微生物活动有助于全球的碳循环。
研发小组对从哥斯达黎加全国采集的喷出气体中的氦和二氧化碳的同位素比值数据中发现，喷出的气体来自地幔，随着地点从火山弧逐渐接近海沟，喷出量也逐渐减少。另外还确认，在所有弧前区域的勘测地点，地幔都喷出了气体。关于逐渐减少的二氧化碳释放量，稳定碳同位素的变化显示，在溶解于弧前区域的温泉水中之前，二氧化碳与地壳中的钙等结合，作为碳酸盐被去除约90％。此外，由于溶解无机碳和溶解有机碳的同位素比值之差是恒定的，因此无机碳作为碳酸盐被去除之后，剩下的就是溶解到温泉水中的有机碳，这是靠微生物的生物合成实现的。
关于从俯冲带向地球表层释放碳的过程，此前一直未考虑生物活动的影响。但通过此次的解析首次证明，在作为二氧化碳释放到地球表层的最终阶段，会受到微生物固碳的影响。令人吃惊的是，此次以与地质学过程相同的尺度检测到了肉眼不可见的微生物的活动。
另外，研发小组将微生物活动考虑在内，新建了碳循环模型，在新模型中，向弧前区域释放的碳量比此前推算的二氧化碳释放量高出2位数。因此，在俯冲带返回地幔的碳量将比此前的推算值大幅减少。此次的研究成果修正了二氧化碳的释放量，将来有望用来查明和预测地球的气候变化因素。（日文发布全文）
图3：俯冲带的碳循环概要
用语解说：
（用语1） 俯冲带 :一个板块（覆盖地球表层、厚度约为100km的岩盘）俯冲于另一个板块之下的地带。寒冷且密度较大的大洋板块俯冲于密度较小的大陆板块之下。
（用语2） 弧前区域 : 板块俯冲的海沟至火山前缘（火山弧）之间的区域。
（用语3） 同位素比值 : 虽然是相同元素（原子的质子数相同），但因中子数不同，所以质量也不同的同位素之比（例：碳同位素比值是质量为12的碳与质量为13的碳的比值）。本次研究利用的是不会发生放射性衰变的稳定同位素，被用作物质的起源、形成和消亡过程的指标。
文 JST客观日本编辑部
