海洋や淡水域では酸素が驚くべき速さで失われており、最近の複数の研究は、この現象が地球を回復困難な危機的状況へと追い込んでいると警告している。科学界は長年にわたり水質酸素欠乏について警告を発してきたが、今回、2つの独立した研究がその地球規模の影響と、気候変動や生物多様性の喪失と同等の、地球規模の重大な脅威として対処する必要性に焦点を当てた。
米国スクリップス海洋研究所が主導したレビューでは、溶存酸素濃度を惑星境界フレームワークに組み込むことが提案されている。惑星境界フレームワークは、2009年以来、地球の安定性を維持するための重要なプロセスを特定してきたシステムである。著者らによると、海、河川、湖沼における酸素の急速な減少は、酸性化や生物地球化学的サイクルといった他の境界と相互作用し、人間の時間スケールでは不可逆的な連鎖的影響を生み出しているという。Limnology and Oceanography誌に掲載されたこの研究は、脱酸素化は単独で起こるものではなく、地球温暖化、海洋汚染、海洋換気の変化がその主な要因であることを強調している。
酸素不足により崩壊寸前の惑星
スクリップス海洋研究所の研究は、複数の大学の科学者が参加し、酸素欠乏が気候を調節する生物学的および化学的プロセスをどのように変化させるかを分析している。微細な生物から大型の海洋捕食動物まで、あらゆる生物は溶存酸素に依存しており、その減少は水生生物、ひいては地球全体の健康を脅かす。著者らは、脱酸素化はすでに沿岸生態系、河川、湖沼に影響を与えており、生物多様性の喪失や窒素・リンの流れの変化といった他の地球規模の限界によってその影響がさらに増幅されていると指摘している。
本研究の筆頭著者であるエリカ・フェレール氏は、このアイデアはマドリードで開催されたCOP25に出席した後に生まれたものであり、今回のレビューが政策立案者にとって脱酸素化を地球システムの安定性における重要な要素として捉える助けとなることを期待していると説明した。溶存酸素を惑星境界の枠組みに加えるという提案は、生物多様性と気候の維持に役立つ緩和策への意識を高め、促進することを目的としている。
キトラルコ・フィヨルド：無酸素状態の自然実験室
一方、チリ南部では、学際的な科学者チームがアイセン地方のキトラルコ・フィヨルドで極端な酸素欠乏状態を記録した。これは、この地域で初めて確認された無酸素フィヨルド、つまり溶存酸素が全くなく、ほとんどの生物にとって有毒な化合物である硫化水素が高濃度で存在するフィヨルドである。ロス・ラゴス大学のI~marセンターが主導したこの研究によると、この状態は、水の循環が限られていること、滞留時間が長いこと、そして近くのリキニェ・オフキ断層やマテ・グランデ火山、ハドソン火山の火山活動の影響といった自然要因によるものだと判明した。
2022年から2025年にかけて調査を行った研究者らは、無酸素層が水深90～120メートルから始まり、水深約160メートルの海底まで広がっていることを発見した。表層水は、大気との交換によって通常の酸素濃度を維持しているが、深層では水質が完全に変化する。硝酸塩は消失し、アンモニウム、リン酸塩、メタン、硫化水素が増加し、微生物群集は嫌気性細菌が優勢になる。フィヨルド内にはサケの養殖場があるものの、著者らは、無酸素状態は主に自然発生的なものであり、キトラルコは火山活動と循環制限が海洋生態系をどのように変化させるかを研究するためのユニークな実験場であると結論付けている。
過去からの教訓：大絶滅
酸素の減少が加速した場合に何が起こるかをよりよく理解するために、科学者たちは過去に目を向けている。約2億5200万年前、ペルム紀末の大量絶滅（大絶滅）では、海洋生物種の96％、陸上生物種の70％が姿を消した。米国科学アカデミー紀要に掲載されたスタンフォード大学の研究によると、その主な引き金は、大規模な火山噴火によって引き起こされた極端な熱波と海洋酸素濃度の低下の組み合わせだったという。
研究者たちは、生きた生物を用いて、異なる生物群の脆弱性を比較する実験を行った。その結果、腕足類のように代謝が遅く運動能力が限られている動物は、気温上昇や酸素欠乏に対してはるかに敏感である一方、筋肉や鰓の能力が高い軟体動物、魚類、棘皮動物は生き残り、繁栄することができた。この生物学的変化は不可逆的だった。絶滅前は腕足類が海を支配していたが、現在では二枚貝が腕足類を上回っている。この研究は、現在の温暖化予測はペルム紀-三畳紀の温暖化予測よりも低いものの、その傾向は憂慮すべきものであり、まだ行動を起こす時間は残されていると警告している。
酸素を惑星境界に含めるという提案、キトラルコの自然災害、そして大絶滅の教訓という、これら三つの側面が組み合わさることで、水質の脱酸素化が21世紀の主要な環境課題の一つとして浮上していることが明らかになる。科学者たちは、その原因、主に地球温暖化と栄養汚染を軽減することが、地球が回復困難な閾値を超えるのを防ぐための根本的な手段であると主張している。海洋と淡水の健康は決して軽視できる問題ではなく、地球システム全体の安定性がそれに左右されるのだ。