沈むアラスカ、自宅に亀裂も
衛星データで永久凍土解析、
町の安全を守る

ヌナピチュクの町では、なにかとてつもない問題が起こっているようだ。近年、家の真ん中に亀裂が入り、下水は地中に浸透している。建物は、その周囲の土壌が浸食されたことで、不安定な土の塊の上に建っている。水たまりは乾くことがなく、カビも消えることがない。地面はふにゃふにゃで、ぬかるんでいるように感じられる。

米アラスカ州北部に位置するこの小さな町は、気候変動の影響として見過ごされがちな永久凍土の融解を経験している。そして、このような苦境にある北極圏の町は、ヌナピチュクだけではない。

北半球の陸地の約15%の地下に広がる永久凍土は、少なくとも2年間凍結したままの地面と定義される。歴史的に見れば、世界の永久凍土の多くはそれよりはるかに長く安定した状態を保ち、人々はその上に町を築いてきた。しかし、地球温暖化が進行するにつれ（特に極地では温暖な地域より急速に進む）、永久凍土が融解し、インフラや環境に関するさまざまな問題を引き起こしている。

現在、科学者たちは衛星データを活用して地表の深部を調査し、永久凍土がどのように融解しているのか、そしてもともと氷が多かった地域がどのようにより深刻な影響を受けるかについて、より理解を深められると考えている。宇宙から観測された特に氷の多い地域の短期的な挙動は、将来の問題を予見する手がかりになる可能性がある。

宇宙と地上の両方から得られる情報を活用し、科学者たちは影響を受ける地域社会と協力して、住宅の基礎に亀裂が入るかどうか、またその亀裂を修復すべきか、それとも安定した丘の上に新たに家を建て直すべきかを予測している。こうした永久凍土に関する科学的予測は、ヌナピチュクのような地域社会が困難な判断を下す手助けとなっている。

しかし、危険にさらされているのは民間住宅だけではない。米国の主要情報機関のひとつである国家地理空間情報局（NGA）も、永久凍土の理解に関心を寄せている。なぜなら、極北の民間人を悩ませているのと同じ問題が、国内外の軍事インフラにも影響を及ぼしているからだ。NGAは本質的には「宇宙のスパイ」集団であり、監視衛星から送られるデータを分析し、米国の国家安全保障機関のためにその意味を解釈する。

大陸間弾道ミサイルを監視するレーダー基地、軍事基地、州兵駐屯地など、アラスカに存在する軍事インフラの潜在的な不安定性を理解することは、これら施設を正常に運用し、将来的な強化を計画する上で極めて重要だ。また、ロシアや中国といった国々のインフラに影響を及ぼす可能性のある永久凍土の弱点を理解することは、そうした競合国に関する「シチュエーショナル・アウェアネス（状況把握）」の獲得につながる。

地球温暖化が進むにつれて、この融解を理解するための取り組みは、民間人にとっても政府にとってもますます重要になるだろう。

地面の下

北極圏より南に住んでいる人は、永久凍土についてあまり考えたことがないかもしれない。しかし、住んでいる場所にかかわらず、永久凍土の影響は誰にでも及ぶ。

ヌナピチュクのような現実の町で見られるインフラへの影響に加え、永久凍土の中には、現在の大気中の2倍に相当する量の炭素が閉じ込められている。永久凍土が融解する過程で、温室効果ガスが大気中に放出される可能性がある。この放出はフィードバックループを引き起こす。つまり、気温の上昇が永久凍土の融解を促し、それが温室効果ガスの放出につながり、それがさらに気温を上昇させ——という循環だ。

微生物そのものも、これまで閉じ込められていた重金属とともに、危険なほど自由になる。

長年にわたり、研究者たちがこうした凍結と融解の変化を理解する主な手段は、現地での実地調査だった。しかし、現在コロラド大学ボルダー校の環境科学共同研究所（CIRES）で上級研究員を務めるケビン・シェーファーは、2000年代後半に、より労力をかけずに調査できる方法を模索し始めた。それは、人工衛星に搭載されたレーダーシステムを使って地中を調べるというアイデアだった。

このアイデアがシェーファー研究員の頭に浮かんだのは、2009年にアラスカ州のプルドーベイ油田の南西に位置するトゥーリック湖を訪れたときだった。その日、永久凍土を調査するために何時間もかけて地中からコア試料を掘り出したあと、彼はクォンセットハットで同僚たちとくつろいでいた。そして彼らは、宇宙空間からのレーダーを使えば、気温の変化によって地面が沈んだり盛り上がったりする様子を検出できるのではないかと議論し始めた。

「なるほど」と彼は思った。「確かに、レーダーならそれが可能かもしれない」。

科学者たちは、永久凍土のすぐ上にある地層を「活動層」と呼んでいる。この土壌層に含まれる水分は、季節の変化に伴って収縮と膨張を繰り返す。夏には、土壌中の氷が融けて体積が減少し、地面が沈む。冬には、水が凍結して膨張し、活動層が再び持ち上がる。レーダーは、この通常1〜5センチメートル程度の高低差を測定するのに役立つ。

シェーファー研究員は、レーダーを使えば融解の始まりと終わりの時点で地面の高さを測定できることに気づいた。これら2つの時点で反射して戻ってくる電磁波は、わずかに異なる距離を進む。この違いから、季節ごとの微細な地面の変動を明らかにすることができ、それにより活動層でどれだけの水が融解・再凍結したのか、また融解が地表からどの程度の深さに達したのかを推定できる。

シェーファー研究員は、レーダーを使えば、より少ない労力とコストで、文字通りはるかに広い範囲を調査できることに気づいたのだった。

「この研究について論文を書く方法を見つけるのに2年かかりました」とシェーファー研究員は語る。こうした測定は、誰にも前例がなかった。シェーファー研究員らは2010年に米国地球物理学連合（AGU：American Geophysical Union）でこのアイデアを発表し、2012年にはアラスカ北スロープにある活動層の厚さを推定する手法として、この技術を詳述した論文を発表した。

セントルイス・ワシントン大学の地球物理学者であり、シェーファー研究員の共同研究者でもあるロジャー・ミカエリデスによると、彼らが測定をしたころには、大規模なデータセットが利用可能になり始めたこともあり、新たなサブフィールド（研究分野）が形成されつつあったという。研究者たちの取り組みは、宇宙空間のレーダーシステムや、小型で安価な人工衛星の進化によって後押しされた。

欧州宇宙機関のセンチネル衛星のような政府運用の衛星から無料で提供される地球規模のデータセットや、アイスアイ（Iceye）のような民間企業による的を絞った観測の登場により、永久凍土研究は、オーダーメイドの地域調査から、より自動化された大規模な監視と予測へと移行しつつある。

遠隔観測

アラスカ大学フェアバンクス校で地理空間および環境を専門とするサイモン・ツヴィーバック助教授は、永久凍土の融解がもたらす影響を日々目の当たりにしている。彼のオフィスからは大学の駐車場が見渡せるが、その一角は、新たにできた陥没穴に車や歩行者が落ちないようフェンスで囲われている。その箇所のアスファルトは1年以上かけてゆっくりと沈下していたが、今年の春には、わずか1〜2週間で内側に崩れ始めた。

遠隔観測による新たな調査手法は、ツヴィーバック助教授が窓から眺めるその光景を大規模化したものと言える。研究者たちは地面を観察し、氷が融解・再凍結することで高さがどう変化するかを測定する。この手法は広大な土地を対象にできるが、地表下で何が起きているのか、つまり活動層や永久凍土の土壌にどれだけ氷が含まれているかを推定するためには、仮定を立てる必要がある。氷の含有量が少ない場所でも、氷が多くて層が薄い地域のように見えることがある。そして、永久凍土中の氷の量が多いほど、不安定性のリ …

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