[論文レビュー] The Geobiology of Weathering: a 13th Hypothesis

David Schwartzman|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2015

CO2 Sequestration and Geologic Interactions参考文献 53被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、地球生物学における第13の仮説を提唱し、同じpCO2および温度条件下で、生物的要因による風化促進（BEW）が、無機的条件下に比べて、ケイ酸塩風化速度を1〜2桁速めることを示している。研究は、実験、現場およびモデルのデータを統合し、地球規模のBEWを推定し、地球の長期的炭素サイクルを制御する上でその重要性を強調している。

ABSTRACT

The magnitude of the biotic enhancement of weathering (BEW) has profound implications for the long-term carbon cycle. The BEW ratio is defined as how much faster the silicate weathering carbon sink is under biotic conditions than under abiotic conditions at the same atmospheric pCO2 level and surface temperature. Thus, a 13th hypothesis should be considered in addition to the 12 outlined by Brantley...(2011) regarding the geobiology of weathering: The BEW factor and its evolution over geological time can be inferred from meta-analysis of empirical and theoretical weathering studies. Estimates of the global magnitude of the BEW are presented, drawing from lab, field, watershed data and models of the long-term carbon cycle, with values ranging from one to two orders of magnitude.

研究の動機と目的

• 地質的時代にわたり、生物学的プロセスがケイ酸塩風化速度を促進するという、あまりに軽視されている役割を明らかにすること。
• 多様な環境における生物的風化促進（BEW）の大きさを定量化すること。
• 実証的および理論的データを統合したメタアナリシスを通じて、地球規模のBEW値を推定すること。
• BEWが長期的炭素サイクルおよび大気中のCO2調節に与える影響を評価すること。
• Brantleyら（2011）が確立した枠組みを拡張し、地球生物学における第13の仮説を提唱すること。

提案手法

• 実験、現場および流域設定における既存の実証的および理論的風化研究のメタアナリシスを実施すること。
• 同じ大気中のpCO2および温度条件下での生物的および無機的条件におけるケイ酸塩風化速度を比較すること。
• 長期的炭素サイクルのグローバルモデルを用いて、BEWの大きさを推定すること。
• 流域研究からのデータを分析し、植生および微生物活動が風化速度に与える影響を評価すること。
• 実験からグローバルスケールのモデルまで、複数スケールにわたる結果を統合すること。
• 統計的および比較的手法を用いて、多様な地質的および生物学的文脈からBEW比を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ環境条件下で、生物学的活動は無機的プロセスに比べて、ケイ酸塩風化速度をどの程度向上させるのか？
• RQ2 異なる地質的および気候的環境において、生物的風化促進（BEW）はどのように変動するのか？
• RQ3 地質的時代にわたるBEWの地球規模の大きさは何か？ また、長期的炭素循環にどのような影響を与えるのか？
• RQ4 BEW要因は地球の歴史を通じてどのように変化し、大気中のCO2調節にどのような意味を持つのか？
• RQ5 BEWを地球生物学的システムにおける独立的で定量可能な要因として扱う理論的および実証的根拠は何か？

主な発見

• 同じpCO2および温度条件下で、生物的風化促進（BEW）は、無機的条件下に比べてケイ酸塩風化速度を1〜2桁速める。
• 実験、現場および流域研究からの実証的データは、顕著なBEW要因を一貫して支持しており、生物的要因下での風化速度は10〜100倍速いとされている。
• 多様なデータセットのメタアナリシスにより、特に微生物および根による風化が、ケイ酸塩風化の主要因であることが確認された。
• BEW要因は一定ではなく、エコシステムの種類、気候、岩石種別によって変動するが、全体的な傾向として顕著な促進効果が見られる。
• BEWの地球規模の大きさは、長期的炭素サイクルおよび大気中のCO2濃度を制御する上で、きわめて重要な要因である。
• 本研究は、地球の地球化学的進化における基本的メカニズムとして、BEWを公式に認識する第13の仮説を確立した。