地球大気中の二酸化炭素

（ちきゅうたいきちゅうのにさんかたんそ）では、地球史の時間スケールを通じて地球大気の構成成分である二酸化炭素 (CO₂) の濃度の変遷等を記述する。

二酸化炭素濃度の変遷

地質学的な時間スケールにおいて、かつて大量に存在したと考えられる大気中のCO₂は海水への溶解、石灰岩等の炭酸岩塩の形成や生物による堆積有機物等の除去機構等により著しく減少してきた^[1]。大気中の著しいCO₂濃度の低下に伴って、低CO₂でも生存できるC4植物が台頭してきた。現代は短期的に大気中のCO₂は増加しているが、長期的な傾向として、現在の地球の大気中のCO₂はやがて150ppm以下に低下し、C3植物は光合成ができず、CO₂の欠乏によって生物圏の存続は維持できなくなる可能性が指摘されている^[2]。

CO₂濃度の変遷を推定する上で重要な役割を担う炭素循環に関しては未解明な部分も多いが^[3]、2019年に深部炭素観測による地球深部での微生物活動の新たな発見等もあり、炭素収支の解明と見直しが進められている^[4]^[5]。地球の始原隕石の候補には炭素質コンドライトとエンスタタイト・コンドライトの二つのいずれかとする説があり、議論が分かれている。カムランドによる地球ニュートリノの観測結果は炭素質コンドライトを始原隕石とするマントル多層対流の地球科学的モデルを支持する結果が得られてきており^[6]、地球全体の炭素組成、ダイナミクスが明らかになりつつある。

CO₂分圧、太陽定数および地表気温の推移の推定例^[1]
百万年前	CO₂分圧(bar)	太陽定数(W/m²)	地表気温（K）
425	0.31	1,039	310
350	0.07	1,096	296
300	0.033	1,133	293
250	0.018	1,171	292
200	0.0086	1,209	290
150	0.0029	1,247	288
100	0.00065	1,284	286
50	0.00032	1,322	287
0	0.00032	1,360	290

出典

^ ^a ^b T. Owen, R. D. Cess and V. Ramanathan (1979). “Enhanced CO₂ greenhouse to compensate for reduced solar luminosity on early Earth”. Nature 277: 640-642. doi:10.1038/277640a0.
^ Ken Caldeira and James F. Kasting (1992). “The life span of the biosphere revisited”. Nature 360 (6406): 721-723. doi:10.1038/360721a0. "They pointed out that, despite the current fossil-fuel induced increase in the atmospheric CO₂ concentration, the long-term trend should be in the opposite direction: as increased solar luminosity warms the Earth, silicate rocks should weather more readily, causing atmospheric CO₂ to decrease. In their model¹, atmospheric CO₂ falls below the critical level for C3 photosynthesis, 150 parts per million (p.p.m.), in only 100 Myr, and this is assumed to mark the demise of the biosphere as a whole."
^ Daniel R. Colman et al. (2017). “The deep, hot biosphere: Twenty-five years of retrospection”. Proceedings of the National Academy of Sciences 114 (27): 6895-6903. doi:10.1073/pnas.1701266114.
^ P. H. Barry et al. (2019). “Forearc carbon sink reduces long-term volatile recycling into the mantle”. Nature 568 (7753): 487. doi:10.1038/s41586-019-1131-5.
^ “地球の深部炭素のゲートキーパーとなる微生物活動を発見”. ELSI - 地球生命研究所 (2019年5月10日). 2019年10月20日閲覧。
^ “宇宙線分野の将来計画 CRC実行委員長西嶋恭司(東海大理)”. 光赤天連シンポジウム2018. 2019年10月20日閲覧。

二酸化炭素濃度の変遷

出典

関連項目