地球科学
泥沼
泥沼 （または泥沼 ） は 、泥炭形成植物の生活によって支配湿地タイプ、です。湿地は、水が詰まり、その後の無酸素状態になるため、通常は植生からのごみである有機物の不完全な分解のために発生します。すべてのタイプの湿原は、泥炭を活発に形成しながら少なくとも季節的に水で飽和するという共通の特性を共有しますが、独自の植生と生物のセットを持ちます。サンゴ礁のように、湿原は、物理的プロセスではなく生物学的プロセスに主に由来するという点で珍しい地形であり、特徴的な形状と表面パターンをとることができます。
泥沼とは、浮遊する（揺れる）泥沼、沼地、またはハイドロセアまたはハイドラック（ハイドロセラル）が連続する段階にある泥炭地であり、その結果、足元に池がいっぱいになります。湿地栄養型の泥沼は、震え沼（震え沼）と呼ばれることがあります。鉱栄養型は、quagfenという用語で命名できます。
湿原には、湿原、フェン、沼地、沼地の4種類があります。湿原とは、周囲の風景との相対的な位置により、雨のほとんどが水から得られる（共生栄養）湿原であり、一方、フェンは斜面、平地、または窪地にあり、そのほとんどの水を土壌または地下水から得る（栄養素）。したがって、沼地は常に酸性で栄養不足ですが、フェンはわずかに酸性、中性、またはアルカリ性で、栄養不足または栄養豊富です。湿地は湿地であり、その中の植物は鉱物土壌に根ざしていますが、一部の湿地は浅い泥炭堆積物を形成します。これらは湿原と見なされるべきです。沼地は林冠によって特徴付けられ、フェンズのように、典型的には沼地よりも高いpHと栄養の利用可能性があります。一部の沼地やフェンスは、ハンモックでの限られた低木や樹木の成長をサポートできます。
今日の湿原の形成は、降水や温度などの気候条件によって主に制御されますが、平坦な地面では水がたまりやすくなるため、地形の緩和が主要な要因です。しかし、世界中の泥炭と泥炭地の蓄積には人為的な影響が増大しています。
地形的には、湿原は元の地形よりも地面を高くします。湿原は、基盤となる鉱物土壌または岩盤の上でかなりの高さに達する可能性があります。10mを超える泥炭の深さは、温帯地域で一般的に記録されています（最後の氷河期に多くの温帯およびほとんどの寒帯湿原が氷床によって除去されました）。熱帯地方。 catotelmの絶対減衰率（ 湿原の低い水飽和ゾーン）がcatotelmへの新しい泥炭の投入速度と一致すると、mireは高さの成長を停止します。単純な計算では、ミズゴケ湿原の年間平均1 mmの新しい泥炭の追加値と、年間崩壊するカトテルムの割合0.0001を使用して、最大高さ10 mが得られます。より高度な分析には、予想される非正規レートのカトテルム崩壊が組み込まれています。
植物学者や生態学者にとって、「泥炭地」という用語は、泥炭が少なくとも30 cm（12インチ）の深さまで支配している地形のより一般的な用語です。しかし、定義による泥沼は積極的に泥炭を形成している必要があります）。
グローバルな配布
湿原は、おそらく北半球の高緯度で最大の範囲ですが、世界中で見られます。多くの国の土地調査の精度と方法がさまざまであるため、世界中の湿地の土地被覆の程度を推定することは困難です。ただし、泥炭は泥炭の堆積に適した条件であればどこでも発生します。主に有機物が常に浸水している場所です。したがって、湿原の分布は、地形、気候、親物質、生物相、および時間に依存します。湿原のタイプ-沼地、フェンまたは沼地-は、これらの各要因にも依存します。
世界の泥炭地の約64％を占める湿原の最大の集積は、北半球の温帯、寒帯、亜寒帯に見られます。極地では、死んだ有機物の蓄積速度が遅いため、湿原は通常浅く、永久凍土が含まれていることがよくあります。カナダ、北ヨーロッパ、および北ロシアの非常に大きな帯状地域は、北方の湿原に覆われています。温帯地域では、歴史的な排水や泥炭の抽出により、湿原は通常より散乱しますが、広い地域をカバーできます。一例として、降水量が非常に多いブランケット湿原があります（たとえば、北東および南太平洋の海岸近くの内陸の海洋気候、および北西および北東の大西洋）。亜熱帯では、湿原はまれであり、最も湿った地域に限定されています。
熱帯では、湿原は再び広範になり、通常は熱帯の熱帯雨林（たとえば、カリマンタン）の下にありますが、熱帯の泥炭の形成は沿岸のマングローブや高地で発生します。熱帯の湿原は主に、高い降水量と排水の悪い条件が組み合わさって形成されます。熱帯の湿原は、世界的に泥炭地の約11％を占め（その半分以上は東南アジアで見られます）、低地で最も一般的に見られますが、南アメリカ、アフリカなどの山岳地域でも見られますとパプアニューギニア。最近、世界最大の熱帯沼地が中央コンゴ盆地で発見され、145,500平方キロメートルをカバーし、最大30ペタグラムの炭素を貯蔵する可能性があります。
農業や林業、および泥炭収穫のための排水のため、湿原は世界的に減少しています。たとえば、300,000 km2を超える元のヨーロッパの泥沼地域の50％以上が失われました。最大の損失のいくつかは、ロシア、フィンランド、オランダ、英国、ポーランド、ベラルーシで発生しています。
生化学プロセス
湿原には異常な化学作用があり、それはとりわけ生物相と水の流出の化学作用に影響します。泥炭は、その有機物含有量が高いため、非常に高い陽イオン交換容量を持ちます。Ca2+などの陽イオンは、H +イオンと交換して泥炭に優先的に吸着されます。泥炭を通過する水は、栄養素とpHが低下します。したがって、地下水の流入（補助陽イオンの持ち込み）が多くない限り、湿原は一般に栄養が乏しく酸性です。
湿原は通常、炭素の投入量が炭素の排出量を超えると必ず形成されます。これは、水浸しの泥炭の無酸素状態と、泥炭が成長する光合成のプロセスのために発生します。このため、湿原は、地球の地表のわずか3％を占めるにもかかわらず、全体で5,000〜7,000億トンの炭素を含む主要な炭素貯蔵庫です。湿原に貯蔵された炭素は、大気中にある炭素の半分以上に相当します。湿原は、主に二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素の交換を通じて大気と相互作用します。二酸化炭素の隔離は、光合成のプロセスを介して表面で行われますが、二酸化炭素の損失は呼吸を介して泥炭の生きた組織を介して発生します。自然状態では、湿原は泥炭植生の光合成によるわずかな大気二酸化炭素の吸収であり、温室効果ガスの放出を上回ります。さらに、ほとんどの湿原は一般に、メタンと亜酸化窒素の正味エミッタです。
湿原の地下水位は、大気への炭素放出に影響します。たとえば暴風雨の後、地下水面が上昇すると、泥炭とその微生物は水に浸され、酸素へのアクセスが妨げられ、呼吸と二酸化炭素の放出が減少します。干ばつのときなど、地下水面が縮小すると二酸化炭素の放出が増加します。これは、好気性微生物に酸素を供給して泥炭を分解するためです。メタンのレベルも地下水面の位置と温度によって多少異なります。泥炭表面近くの地下水面は、嫌気性微生物が繁栄する機会を与えます。メタン生成菌は泥炭の分解によりメタンを生成し、その結果、地下水面が上昇し、酸素レベルが枯渇するとメタンが増加します。土壌の温度が上昇すると、強度は低下しますが、季節的なメタンフラックスが増加します。メタンは土壌の降水量と温度の増加により季節的に300％も増加したことが示されています。
湿原は、環境の変化に敏感であり、同位体、汚染物質、大型化石、大気中の金属、花粉のレベルを明らかにできるため、過去の気候情報の重要な貯蔵庫です。たとえば、炭素14年代測定では、泥炭の年代を明らかにできます。湿原のdrと破壊により二酸化炭素が放出され、過去の気候条件に関するかけがえのない情報が明らかになる可能性があります。定期的に水を供給し、泥炭を形成する植物が豊富であるため、過剰な微生物が湿原に生息することは広く知られています。これらの微生物には、メタノゲン、藻類、バクテリア、動物底生動物が含まれますが、これらはミズゴケ種が最も豊富です。泥炭地の泥炭には、フミン酸が優勢なかなりの量の有機物が含まれています。腐植質材料は非常に大量の水を貯蔵することができ、泥炭環境に不可欠な成分となり、結果として生じる嫌気性状態による炭素貯蔵量の増加に貢献します。泥炭地が長期間の栽培と農業の使用により乾燥すると、地下水面が低下し、曝気の増加により炭素含有量が放出されます。極端に乾燥すると、生態系の状態が変化し、湿原が生物多様性と豊かさの低い不毛の土地に変わります。フミン酸の形成は、植生破片、動物の残留物、および劣化したセグメントの生物地球化学的劣化中に発生します。フミン酸の形での有機物の負荷は、石炭の前駆物質の源です。有機物を時期尚早に大気にさらすと、有機物の二酸化炭素への変換が促進され、大気中に放出されます。
人為的用途
湿原は人間によってさまざまな目的で使用されており、最も支配的なのは農業および林業であり、世界の泥炭地面積の約4分の1を占めています。これには、森林被覆の生産性を高めるため、または牧草地や農地として使用するために、排水溝を切って地下水面を下げることが含まれます。湿原の農業用途には、干し草や放牧のための自然植生の使用、または修正された表面での作物の栽培が含まれます。さらに、ロシア、スウェーデン、フィンランド、バルト諸国などの北ヨーロッパ諸国では、エネルギー生産のための泥炭からの泥炭の商業収穫が広く行われています。
人為的使用のための熱帯の湿原の除去は東南アジアでますます差し迫った問題であり、輸出用のヤシ油と木材の生産の機会が主に発展途上国で経済目的で湿原を利用するようになっています。熱帯泥炭地は地球の陸地表面の0.25％を占めるが、すべての土壌および森林炭素貯蔵量の3％を貯蔵し、ほとんどが低所得国にある。熱帯泥炭林の排水や収穫などのこれらの生態系の開発は、大気中への大量の二酸化炭素の放出をもたらし続けています。さらに、泥炭地の排水によって乾燥した泥炭地で発生した火災は、さらに多くの二酸化炭素を放出します。熱帯泥炭地の経済的価値は、木材、樹皮、樹脂、ラテックスなどの原料から得られていました。その抽出は、大きな炭素排出に寄与しませんでした。今日、これらの生態系の多くは、パーム油プランテーションへの転換のために流出し、貯蔵された二酸化炭素を放出し、システムが再び炭素を隔離するのを防ぎます。計画されたCarbopeatプロジェクトは、これらの生態系の開発を停止するために泥炭湿地によって実行される炭素隔離に経済的価値を割り当てようとします。
さらに、過去の人間の行動と環境の記録を湿原に含めることができます。これらは、人間の人工物、または古生態学的および地球化学的記録の形をとることがあります。
熱帯の湿原
熱帯湿原の世界的な分布は、泥炭地の農業利用がここ数十年で開発されている東南アジアにほとんど集中しています。熱帯の泥炭地の大部分は、パーム油のプランテーションなどの食料作物および換金作物のために開clearedされ、排水されています。これらのプランテーションの大規模な排水は、多くの場合、地盤沈下、洪水、火災、および土壌品質の低下をもたらします。一方、小規模な侵略は貧困に関連しており、非常に広範囲に広がっているため、これらの泥炭地にも悪影響を及ぼします。東南アジアの泥炭地を支配している生物的および非生物的要因は完全に相互依存しています。土壌、水文学、および形態は、この特定の植生にとって好ましい環境を構築する独自の有機物の蓄積を通じて現在の植生によって作成されます。したがって、このシステムは、水文学または植生被覆の変化に対して脆弱です。さらに、これらの泥炭地はほとんどが開発途上地域にあり、人口は急速に増加しています。土地は、伐採、排水、焼却による商業伐採、紙パルプ生産、プランテーションへの転換の対象になりました。熱帯泥炭地の排水は、物理的および化学的組成の変化の結果として、水文学を変化させ、火災や土壌侵食に対する感受性を高めます。土壌の変化は敏感な植生に強く影響し、森林の枯死は一般的です。短期的な影響は生物多様性の減少ですが、長期的な影響はこれらの侵食が元に戻せないため、生息地の損失です。泥炭地に敏感な水文学と栄養素の不足に関する知識不足は、多くの場合、残っている泥炭地に圧力がかかるプランテーションの失敗につながります。
これらの泥炭地での持続可能な林業は、大きな木を伐採し、小さな個体を繁栄させることによって可能ですが、代わりに明確な伐採と焼却により非在来種の単一栽培植林を可能にすることが主な戦略です。
北部の泥炭地は主に更新世の氷河が後退した後の完新世の間に形成されたが、対照的に熱帯のものはしばしばはるかに古い。日本の本州南西部の中池見湿地は、樹齢50,000年以上、深さ45 mです。ギリシャのフィリピ泥炭地には、おそらく深さ190 mの最も深い泥炭層があります。熱帯泥炭地は約100 Gtの炭素を含むことが示唆されており、大気中のCO2として存在する炭素の50％以上に相当します。最後の千年間の炭素の蓄積率は40 g C / m2 / yrに近かった。
温室効果ガスと火災
東南アジアの熱帯泥炭地は地球の土地面積の0.2％しかカバーしていませんが、CO2排出量は年間2 Gtと推定されており、これは世界の化石燃料の排出量の7％に相当します。これらの排出は、泥炭地の排水と燃焼により大きくなり、激しい火災により最大4000 tのCO2 / haが放出される可能性があります。熱帯泥炭地での燃焼は、大規模な排水と土地のクリアランスのために頻繁になり、過去10年間で200万ha以上が東南アジアだけで燃焼しました。これらの火災は通常1〜3か月続き、大量のCO2を放出します。インドネシアは、特にENSO関連の干ばつを抱える数年間、泥炭地の火災に苦しんでいる国の1つであり、土地利用と農業の発展の結果として1982年以来増加している問題です。 1997年から1998年のエルニーニョ現象では、インドネシアだけで24,400 km2を超える泥炭地が失われ、カリマンタンとスマトラで10,000 km2が焼失しました。 CO2の出力は0.81〜2.57 Gtと推定され、化石燃料の燃焼による世界の出力の13〜40％に相当します。インドネシアは現在、主にこれらの火災によって引き起こされた、世界のCO2排出の3番目に大きな原因と考えられています。温暖化する気候では、これらの燃焼は強度と数が増加すると予想されます。これは、乾燥した気候と、1メガヘクタールの泥炭地が水田に転換された1990年代に始まったメガライスプロジェクトと呼ばれる広範な稲作プロジェクトの結果です。森林と土地は焼失し、4000 kmの水路が排水されました。土地の干ばつと酸性化は収穫不良につながり、プロジェクトは1999年に放棄されました。中国での同様のプロジェクトは、米の生産による熱帯湿地とフェンスの莫大な損失をもたらしました。排水は、燃焼のリスクも高めますが、地下水面が1 mだけ低くなると、CO2の排出量が30〜100 t / ha /年増加する可能性があります。泥炭地の排水は、おそらく世界中の泥炭地にとって最も重要で長期にわたる脅威ですが、特に熱帯地方ではそうです。泥炭地は、地球温暖化の可能性が高い温室効果ガスメタンを放出しますが、亜熱帯湿地は放出されたメタン1モルあたりのCO2結合が高く、これが地球温暖化に対抗する機能です。
生物学と泥炭の特徴
熱帯泥炭地の植生は、気候と場所によって異なります。 3つの異なる特性は、沿岸域に存在するマングローブ林と塩分のあるデルタであり、内陸に続いて沼沢林があります。これらの森林は、シダや着生植物を伴う高さ70 m、胴回り8 mのヤシの木に覆われた泥炭地の縁にあります。マレーシアとインドネシアの森林の言葉に由来する3番目のパダンは、低木と背の高いが細い木で構成され、大きな泥炭地の中心に現れます。木や低木のような木本種の多様性は、他のタイプの泥炭地よりも熱帯泥炭地ではるかに大きい。したがって、熱帯の泥炭は、木や低木の幹からの木質材料が多く、寒帯泥炭地で優勢なミズゴケはほとんどまたはまったく含まれていません。部分的にしか分解されておらず、表面は葉くずの厚い層で構成されています。泥炭地の林業は、有機物の投入を減らし、分解を促進するため、排水と急速な炭素損失につながります。温帯湿地とは対照的に、熱帯泥炭地にはいくつかの魚種が生息しています。多くの場合、固有種の多くの新しい種が最近発見されましたが、それらの多くは絶滅の危機にあると考えられています。
地球規模の気候への影響
湿地は、生きている植物、枯れた植物、泥炭に有機炭素が貯蔵され、二酸化炭素とメタンに変換される環境を提供します。湿地に炭素を隔離し貯蔵する能力を与える3つの主な要因は、高い生物学的生産性、高い地下水面、低い分解率です。湿地に豊富な水源を提供するには、適切な気象条件および水文条件が必要です。完全に水で飽和された湿地の土壌は、嫌気性条件を明らかにし、炭素を貯蔵しますが、メタンを放出します。
湿地は、地球の陸地表面の約5〜8％を占めていますが、地球の2500 Gtの土壌炭素貯蔵量の約20〜30％を含んでいます。湿原（湿原、沼地、湿地など）は、土壌有機炭素を最も多く含む湿地タイプであるため、泥炭地（泥炭層> 30 cm）と見なすことができます。生態系内で発生する分解がメタンを放出するため、湿地は吸収源ではなく炭素源になります。自然の泥炭地は、炭素を隔離する冷却効果が強力な温室効果ガスであるメタンの放出によって相殺されるため、気候に対して常に測定可能な冷却効果があるわけではありません。しかし、メタンの「寿命」が短い（12年）ことを考えると、湿地での炭素隔離に比べて300年以内にメタン排出は重要ではないと言われることがよくあります。その時間枠以下で、ほとんどの湿地は純炭素と放射シンクの両方になります。したがって、メタンは急速に酸化されて大気から除去されるので、大気中の二酸化炭素は継続的に吸収されるため、泥炭地は長期間にわたって地球の気候を冷却します。完新世（過去12,000年）を通じて、泥炭地は永続的な陸上の炭素吸収源であり、正味の冷却効果があり、年間1平方メートルあたり5.6〜38グラムの炭素を隔離していました。今日、北部の泥炭地は、平均して年間1平方メートルあたり20〜30グラムの炭素を隔離していると推定されています。
泥炭地は亜寒帯地域の永久凍土を断熱しているため、夏季の解凍を遅らせ、永久凍土の形成を誘導します。地球の気候が温暖化し続けると、温度が高くなると二酸化炭素の排出量が増えるため、湿地が主要な炭素源になる可能性があります。
耕作地と比較して、湿地は炭素の約2倍を隔離することができ、植林された湿地は放出する量の2〜15倍の炭素を貯蔵できる可能性があります。炭素隔離は、自然湿地だけでなく、人工湿地でも発生する可能性があります。湿地からの温室効果ガスフラックスの推定値は、自然の湿地のフラックスが低いことを示していますが、人工湿地の炭素隔離能力はより大きくなっています。湿地の炭素隔離能力は、回復と保護戦略によって改善できますが、これらの回復した生態系が泥炭地や他の形態の自然湿地に匹敵するようになるには、数十年かかります。
農林業における排水の影響
炭素のグローバルな土壌と大気の交換における重要性により、湿原と大気の間の炭素の移動は、生態学および生物地球化学研究における重要な現在の問題です。農業および林業のための泥炭地の排水は、大気中への大量の温室効果ガス、特に二酸化炭素とメタンの排出をもたらしました。酸素が泥炭内の泥炭カラムに入るようにすることで、排水は泥炭の蓄積と分解のバランスを崩し、その後の酸化分解により大気中に炭素が放出されます。このように、農業用の湿原の排水は、それらを純炭素吸収源から純炭素排出源に変換します。ただし、湿原からのメタンの排出は、排水後に減少することが観察されています。
湿原の水文学的状態を保存するような方法で実施された場合、湿原の資源の人為的使用は、著しい温室効果ガスの排出を避けることができます。ただし、排水を続けると、炭素の放出が増加し、地球温暖化の一因となります。 2016年時点で、排水された泥炭地は、農林業からのすべての温室効果ガス排出量の約10％を占めると推定されました。
火事
気候要因による湿原の排水や乾燥も火災のリスクを高め、炭素とメタンが大気中に放出されるリスクをさらに高める可能性があります。自然のままの水分含有量のために、自然のままの湿原は、一般に火災発火のリスクが低い。この浸水状態の乾燥は、炭素の密集した植生が火災に対して脆弱になることを意味します。さらに、植生の酸素不足により、泥炭火災が地表下でくすぶり、有機物の不完全燃焼を引き起こし、極端な放出イベントを引き起こします。
近年、泥炭地での山火事の発生は世界中で著しく増加していますが、特に熱帯地域では顕著です。これは、乾燥した天候と、土地からの排水を伴う土地利用の変化の組み合わせに起因する可能性があります。この結果生じる燃焼によるバイオマスの損失は、熱帯および寒帯/温帯泥炭地の両方で温室効果ガスの著しい排出をもたらしました。地球規模の気候の温暖化と乾燥により、火災の発生がより頻繁になると予測されています。
パーム油農園
油ヤシはますます世界最大の作物の1つになり、過去数年で急速に拡大しています。代替案と比較して、アブラヤシは植物油とバイオ燃料の最も効率的な供給源の1つであると考えられており、1トンの石油を生産するのに0.26ヘクタールの土地しか必要としません。このように、パーム油は多くの低所得国で人気の換金作物となり、コミュニティに経済的機会を提供しています。パーム油はインドネシアやマレーシアなどの国々の主要な輸出品であり、多くの小規模農家はパーム油プランテーションで経済的成功を収めています。しかし、プランテーションのために隔離された土地は、通常、生物多様性の生態系を促進する実質的な炭素貯蔵庫です。
油ヤシのプランテーションは、東南アジアの森林に覆われた泥炭地の多くに取って代わりました。歴史的に、これらの地域はデッドスペースと見なされてきましたが、2006年までに12.9 Mha（東南アジアの泥炭地の約47％）が森林破壊されたと推定されています。非効率的な土壌のために。プランテーション用の実行可能な土壌を作成するために、インドネシアとマレーシアの熱帯地域の湿原は排水され、除去されます。
パーム油生産のために収穫される泥炭林は、少なくとも42,000百万トンの土壌炭素を含む地上および地下の炭素貯蔵庫として機能します。この土地の開発は、温室効果ガスの排出、火災のリスク、生物多様性の減少など、多くの環境問題を引き起こします。泥炭地に植えられたパーム油の温室効果ガス排出量は、12.4（最良の場合）から76.6 t CO2 / ha（最悪の場合）に相当すると推定されています。
自然状態では、泥炭地は火に耐性があります。パーム油プランテーションのための泥炭地の排水は、特に火災に弱い乾燥した泥炭層を作ります。泥炭は炭素が密集しているため、危険にさらされた泥炭地で発生した火災は、二酸化炭素と有毒な煙の両方を大気中に放出します。したがって、これらの火災は温室効果ガスの排出を増やすだけでなく、毎年何千人もの死者を出します。
森林破壊と排水による生物多様性の減少は、脆弱な生態系を作り出します。均質な生態系は極端な気候条件に対するリスクが高く、火災から回復する可能性は低くなります。
管理とリハビリテーション
北米とヨーロッパで行われているリハビリテーションプロジェクトは、通常泥炭地の再湿潤と在来種の緑化に焦点を当てています。これは、新しい植生の成長が長期的に泥炭形成プロセスを促進する有機リターの新しいソースを提供する前に、短期的に炭素放出を緩和するように機能します。
国連生物多様性条約の目標は、泥炭地を保護および保護する重要な生態系として強調しています。この条約は、あらゆるレベルの政府が湿地環境の保全と管理のための行動計画を提示することを要求しています。湿地も1971年のラムサール条約で保護されています。
