研究概要
東京工業大學地球生命研究所（ELSI）的客座科學家Donato Giovannelli和特任助教中川麻悠子與牛津大學的博士Peter Barry等人組成的國際聯合研發小組發現，從隱沒帶（用語1）向弧前區域（用語2）釋放的大部分二氧化碳在地殼中變成了碳酸礦物，而在地球表層則被微生物擷取變成了生物膜。這表明此前科學家低估了從地球深水層向地表釋放的二氧化碳量。
此次，聯合研發小組從哥斯大黎加全國的溫泉以及連接地球深處的地熱噴口採集了樣本，根據釋放的氦和二氧化碳同位素比值，以及溶解無機碳和溶解性有機碳的濃度及同位素比值（用語3），分析了成分來源。而此前由於能進行的實地調查地點有限，很難獲得弧前區域的碳含量資訊。
利用此次的研究成果，可以重新評估全球的碳排放和吸收情況，並提出包括生物和非生物活動在内的新型碳循環模型，加深對過去、現在和未來的地球氣候變化的理解。
相關研究成果已刊登在4月25日發行的英國國際學術雜誌《自然》（Nature）上。
圖1：研發小組正在採集樣本
圖2：在哥斯大黎加的溫泉出水口發現的粘液狀生物膜
研究成果
關於從板塊的隱沒帶向地球表層釋放的二氧化碳，研發小組為了分析向表層噴出的二氧化碳的量和過程，調查了位於南美洲的哥斯大黎加全國的溫泉和地熱噴口，並首次確認，微生物活動有助於全球的碳循環。
研發小組對從哥斯大黎加全國採集的噴除氣體中的氦和二氧化碳的同位素比值數據中發現，噴出的氣體來自地函，隨著地點從火山弧逐漸接近海溝，噴出量也逐漸減少。另外還確認，在所有弧前區域的勘測地點，地函都噴出了氣體。關於逐漸減少的二氧化碳釋放量，穩定碳同位素的變化顯示，在溶解於弧前區域的溫泉水中之前，二氧化碳與地殼中的鈣等結合，作為碳酸鹽被去除約90％。此外，由於溶解無機碳和溶解性有機碳的同位素比值之差是恆定的，因此無機碳作為碳酸鹽被去除之後，剩下的就是溶解到溫泉水中的有機碳，這是靠微生物的生物合成實現的。
關於從隱沒帶向地球表層釋放碳的過程，此前一直未考慮生物活動的影響。但通過此次的解析首次證明，在作為二氧化碳釋放到地球表層的最終階段，會受到微生物固碳的影響。令人喫驚的是，此次以與地質學過程相同的尺度檢測到了肉眼不可見的微生物的活動。
另外，研發小組將微生物活動考慮在内，新建了碳循環模型，在新模型中，向弧前區域釋放的碳量比此前推算的二氧化碳釋放量高出2位數。因此，在隱沒帶返回地函的碳量將比此前的推算值大幅減少。此次的研究成果修正了二氧化碳的釋放量，將來有望用來查明和預測地球的氣候變化因素。（日文發布全文）
圖3：隱沒帶的碳循環概要
用語解說：
（用語1） 隱沒帶 :一個板塊（覆蓋地球表層、厚度約為100km的岩盤）俯衝於另一個板塊之下的地帶。寒冷且密度較大的海洋板塊俯衝於密度較小的大陸板塊之下。
（用語2） 弧前區域 : 板塊俯衝的海溝至火山前緣（火山弧）之間的區域。
（用語3） 同位素比值 : 雖然是相同元素（原子的質子數相同），但因中子數不同，所以質量也不同的同位素之比（例：碳同位素比值是質量為12的碳與質量為13的碳的比值）。本次研究利用的是不會發生放射性衰變的穩定同位素，被用作物質的起源、形成和消亡過程的指標。
文 JST客觀日本編輯部
