探究分野解説「自然・環境・動物」

人間は古代から身の回りの自然や動植物の生育や行動などに関心を寄せてきました。一方、人間の生活によって、豊かでかけがえのない環境の維持が課題になっています。今起こっている課題や私たちにできることは何なのか考えてみよう。

ここでは、「自然・環境・動物」にまつわるテーマや調査・研究の時に有効なデータベース、GATEWAYの記事へのリンクを紹介していきます。

探究テーマ「ゴミ問題」

高校生にも身近な課題である、ゴミ問題。今この時も、日本で多くの「ごみ」が排出されている。近年は「食品ロス」や「ファストファッション」といった服の廃棄問題へのなどの課題がニュースなどでも報道され、ごみ問題への関心が高まっている。その中で、まずはごみの排出の現状から見ていこう。

ごみの排出状況（令和２年度）

ごみ総排出量は4,167万トン（東京ドーム約112杯分）、１人１日当たりのごみ排出量は901グラム。

・ごみ総排出量、１人１日当たりのごみ排出量ともに減少。
・最終処分量は前年比4.2％減少。リサイクル率は増加。

ごみの処理状況（令和２年度）

・ごみ焼却施設数は減少（1,070施設→1,056施設）。
・発電設備を有するごみ焼却施設数は全体の36.6％であり、昨年度の36.0％から増加。
・ごみ焼却施設における総発電電力量は増加（約238万世帯分の年間電力使用量に相当）。・最終処分場の残余容量は微増したが、最終処分場の数は概ね減少傾向にあり、最終処分場の確保は引き続き厳しい状況。
・ごみ処理事業経費は増加。

参考）環境省　一般廃棄物の排出及び処理状況等（令和２年度）についてhttps://www.env.go.jp/press/110813.html

こども環境省　2019年版　子供環境白書　みんなで、環境問題について学び、行動しよう！https://www.env.go.jp/kids/hakusyo/page7.html

P 16~17　変わりつつある私たちの暮らし方https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/kodomo/h30/files/16-17.pdf

公害

1960年代から1970年代にかけて、高度経済成長に伴う所得の増加、家電の急速な普及、スーパーマーケットやコンビニエンスストアの登場などによる販売方式・消費行動の変化などにより、大量生産・大量消費型の経済構造が進展した。

そのため、都市ごみは更に急速に増加・多様化した。加えて、活発な生産活動に伴って事業所から排出される各種廃棄物、例えば製造工程中に排出する汚泥・合成樹脂くず・廃油類等の一部は適切な処理がされないまま廃棄された。高度経済成長に伴う急速な工業化の過程で、工場などから排出される有機水銀、カドミウム等の有害廃棄物が公害を引き起こし、周辺住民に甚大な健康被害をもたらした。

また、プラスチック等を用いた製品の普及が進み、大量に廃棄されるようになった。プラスチックは腐敗しないため、埋め立てても土に還らず、焼却する際には高熱を発して炉を傷めた。さらにプラスチックの中には焼却の際にばいじん、酸性ガス等を排出するものがあり、大気汚染や公害の原因の一つになった。

参考）環境省　日本の廃棄物処理の歴史と現状https://www.env.go.jp/recycle/circul/venous_industry/ja/history.pdf

海洋プラスチックごみ

プラスチックの生産量は世界的に増大しており、1950年以降生産されたプラスチックは83億トンを超えている。また、生産の増大に伴い廃棄量も増えており、63億トンがごみとして廃棄されたと言われている。現状のペースでは、2050年までに250億トンのプラスチック廃棄物が発生し、120億トン以上のプラスチックが埋立・自然投棄されると予測されている。

プラスチックは賢く付き合えば私たちに恩恵をもたらすが、資源循環の分野では、不適正な管理等により海洋に流出した海洋プラスチックごみが世界的な課題となっている。海洋プラスチックごみは生態系を含めた海洋環境の悪化や海岸機能の低下、景観への悪影響、船舶航行の障害、漁業や観光への影響など、様々な問題を引き起こしている。

参考資料）環境省　令和2年版　環境・循環型社会・生物多様性白書
状況　第１部　第１章　第3節　海洋プラスチックごみ汚染・生物多様性の損失https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/r02/html/hj20010103.html

探究テーマ「野鳥保護」

春になると、南の国から渡ってくるツバメ。近年、ツバメは減少しているといわれている。ツバメは古くから里山の自然の中で生きてきた、人と自然との共存を象徴する野鳥だ。ツバメが姿を消すということは、懐かしい日本の原風景が消えてしまうということだ。環境省では、全国52カ所の地点で渡り鳥の飛来状況の調査を行っている。

例えば宮城県では伊豆沼という北上川の支流の迫川にある淡水の沼で調査が行われている。この沼の周辺は、かつては北上川と迫川がぶつかる氾濫原で、広大な湿地だったものが、干拓によって多くが水田となり、伊豆沼も一部は埋め立てられ、現在は遊水池として残っており、この地域は、ヒシクイ、マガン、オオハクチョウ、コハクチョウなどの国内最大級の越冬地となっているという。

野鳥を保護するために、どのような取り組みが行われているのだろう。そもそも、どうして野鳥を保護するのだろう。

参考資料）環境省　渡鳥の飛来状況　宮城県伊豆沼https://www.env.go.jp/nature/dobutsu/bird_flu/migratory/ap_wr_transit/site_gaiyo/110izunuma.html

公益財団法人　日本野鳥の会　消えゆくツバメを守ろうhttps://www.wbsj.org/activity/conservation/research-study/tsubame/

ラムサール条約

1971年2月2日にイランのラムサールという都市で開催された国際会議で採択された、湿地に関する条約である。正式名称は、「特に水鳥の生息地として国際的に重要な湿地に関する条約」と言うが、採択の地にちなんで、一般に「ラムサール条約」と呼ばれている。2022年11月５日から13日まで、ラムサール条約の第14回締約国会議（COP14）が行われた。

今回のテーマは”Wetland Action for People and Nature（人と自然のための湿地行動）”で、気候変動への緩和・適応・抵抗のための湿地行動、湿地保全を持続可能な開発戦略へ統合すること、主流の湿地保全のための多国間協力の強化、若者とつながるための呼びかけ、条約の科学的・技術的側面の強化、マングローブのための新しいラムサール地域イニシアチブ、新しい３年間の計画について議論された。

　マングローブのための新しいラムサール地域イニシアチブに関しては、マングローブとその沿岸のブルーカーボンに焦点を当てている。ブルーカーボンとは、藻場などの海洋生態系に貯蓄された炭素のことで地球温暖化対策として注目を浴びている。

参考資料）環境省　ラムサール条約と条約湿地https://www.env.go.jp/nature/ramsar/conv/index.html

COP14 closes with 21 resolutions adopted to advance wetlands action for people and nature
https://www.ramsar.org/news/cop1

バードウォッチング

双眼鏡などを使って野鳥の様子を観察する「バードウォッチング」。野鳥が好きな方々の楽しみの一つだ。望遠レンズなどを使い、野鳥の様子を美しい写真に収めることもある。

宮城県のラムサール条約登録湿地の伊豆沼。数万羽と言われるガンの越冬地だが、冬の早朝、日の出とともに一斉にガンが飛び立つ。この風景を収めようと早朝からカメラを構える人もいるほどだ。

例えばフクロウやワシなど、なかなか写真に撮影できない鳥類を撮影するためのツアーなども企画されており、貴重な鳥の生態系は観光資源にもなりうる。地域によっては、野鳥を観察するための施設や観光客向けの施設などもあるので、地域にどんな施設があるか調べてみよう。

参考）公益財団法人　日本野鳥の会「バードウォッチング入門」
https://www.wbsj.org/activity/spread-and-education/bbw/

探究テーマ「プラスチック」

原料となる石油自体も、原油の掘削時、輸送時、精製時など、様々な場面で温室効果ガスを排出する。さらに、石油から作られているプラスチックからは、生産、劣化、廃棄の過程において、二酸化炭素などの温室効果ガスが排出される。こうしてプラスチックを起因とした温室効果ガスは、地球温暖化を促進し、様々な環境被害をもたらしていると言われている。

とりわけ、海に浮かぶプラスチックのゴミは、環境への被害を増大させている。世界で使用されたプラスチックは、最終的に海に流れ着く。それがマイクロプラスチックとして海の生き物の体内に入り、食物連鎖に悪影響を及ぼしている。世界全体では、毎年約800万トンのプラスチックごみが海洋に流出していると言われており、このままでは2050年には海洋中のプラスチックごみの重量が魚の重量を超えるとの試算もある。

これらの問題に対し、国際社会は動き始めている。しかし、意識や成果は、国によって異なっているのが事実だ。欧州の意識は高いが、アジアの取り組みは遅れている傾向にある。そんな中、日本は今どのような取り組みを行っているのか。日本国内でも地域によって取り組みは異なる。プラスチック問題が起こる背景を学ぶと同時に、様々な地域の様々な対策法を知り、自分なりの最善策を考えてみよう。

参考）環境省「海洋ごみ教材」
https://www.env.go.jp/water/marirne_litter/post_41.html

リサイクル

プラスチックのリサイクルには、主に3つの方法がある。マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクル、サーマルリサイクルだ。それぞれにメリットとデメリットがある。

マテリアルリサイクルは、資源物を原料に戻して、新しい物質へと変える、最も浸透しているリサイクル方法である。例えば、ペットボトルをリサイクルしてプラスチックの「ペレット」とし、そこから新しいペットボトルを作る方法などがある。メリットとして、廃棄物を「国産の資源」として確保できることが挙げられる。日本は石油のほとんどを輸入に頼っているため、これが国内で循環できるようになることは、資源の有効活用をすることができる。

ケミカルリサイクルは、その名の通り、「化学的」に分解してリサイクルする方法だ。化学物質レベルまでリサイクルを行うため、物性を変えた資源の循環が可能だという点だ。しかし、これは非常に高度な処理になるため、今後の研究開発が求められている。

サーマルリサイクルは、普及しているリサイクル方法である。サーマルリサイクルは、廃棄物を焼却する際に出る熱（サーマル）をエネルギーとして利用することで、石油の使用量を減らすという方法だ。例えばごみの焼却場の横に温水プールが設置されていたりするケースがあるが、これも熱（サーマル）を利用している方法の一つだ。

しかし、廃棄物を燃やすと大量の二酸化炭素が発生する。日本はそれでもこれをリサイクルとして認めているが、欧米では燃焼処分をリサイクルと認めていない。

あなたはどのリサイクル方法がよいと思いますか？

プラ削減に向けた法的・政策的な取り組み

プラスチックの削減のために、様々なところで工夫が成されている。2019年にはプラスチック資源循環戦略が打ち出された。資源有効利用や海洋プラスチックごみ問題や、アジア諸国の輸入制限への対応等への課題へ対処するための、具体的な重点戦略と目標数値が示されている。このうちのひとつが、レジ袋の有料化だった。

また2022年に施行された「プラスチックに係る資源循環の促進等に関する法律」では、これまで使い捨てされてしまっていたプラスチック製品を「特定プラスチック使用製品」として指定し、これらのプラスチックごみの削減を事業者に求めている。「特定プラスチック仕様製品」についてはストローやフォーク、スプーン、衣類用ハンガー、宿泊業のくしや歯ブラシ、ヘアブラシなどがある。

実際、ホテルではこれまで部屋に置いてあった歯ブラシなどをフロントでの配布にしたり、プラスチック製から木製に変えたりするなどの動きが広がっている。

プラスチック製のストローを削減する動きの中で、紙製、金属製、パスタなど、それぞれのやり方で変化を楽しむ人も出てきている。プラスチックが間違いなく私たちの生活を便利にしていた以上、それから抜け出すためには、行動する本人にとってのわかりやすいメリットが必要だ。環境問題が私たちの生活をどれだけ侵しているのか、そしてそれが個人の少しの行動でいかに変わるものなのか、ひとりひとりの理解が求められている。

探究テーマ「恐竜×東北＝恐竜進化の謎」

恐竜研究黄金時代

現在、恐竜の研究は驚異的なスピードで発展しており、週に1度は世界のどこかで新種の恐竜が発表されている。まさに恐竜研究の黄金時代と言っても過言ではない。日本でも、北海道・群馬県・福井県・兵庫県・鹿児島県で発掘調査が精力的に行われており2024年9月までに14種類が発見されている。

しかし、国内で発見された新種の恐竜の化石のほとんどが発掘調査チームが見つけたものではなく、アマチュアの化石ハンターや発掘体験イベントの参加者が発見したものだ。

つまり誰でも恐竜の化石を見つけるチャンスがあるため、化石発掘体験イベントを見かけたら参加してみるといいかもしれない。

「空白の時代」

恐竜は地球史の中で最も繫栄した生物の一つだ。しかし、恐竜たちが生きたすべての時代の地層が残っているとは限らない。例えば、ジュラ紀の次の時代の白亜紀では前期と後期の境目に当たる約9000万年前〜8000万年前の地層が世界的に欠落している。そのためこの期間は「恐竜研究の空白期間」とされている。

ところが近年、岩手県の久慈市に存在する久慈層群が注目を浴びている。この地層は北上高地という場所に位置しており、北上高地は日本列島が形成されていく中でユーラシア大陸の海岸部から最初に分裂した場所であるため１億年以上前の地層が分布している。

その中で久慈層群は9000万年前〜8500万年前の白亜紀の空白期間を埋める地層であるため世界でも珍しい貴重な場所となっている。

王者の系譜

さらにこの空白期間にはもう一つ重要な事実がある。約9000万年前〜8000万年前を過ぎると北半球ではティラノサウルス類が巨大化し生態系の頂点に君臨するが、それ以前の時代では別の恐竜が生態系の頂点に位置していたため、ティラノサウルス類は非常に小型で生態系の中間層を担っていたことが分かっている。

そのため、彼らがどのようにして巨大化し、生態系の頂点に昇り詰めた秘密がこの空白期間に隠されている。ところが、2018年に久慈琥珀博物館の琥珀採掘体験イベントでティラノサウルス類の歯の化石が発見された事で、久慈層群がティラノサウルス類の進化の謎を解き明かすカギとなっている。

このように地域の地層を調べてその年代の生き物たちのドラマを紐解いてみるのもいいかもしれない。

探究テーマ「プランクトン」

プランクトンは「水中を漂うもの」という意味で、遊泳能力が比較的弱く、水中に浮かんでいる生物である。科学用語としてのプランクトンには特に「小さな」の意味はなく、クラゲなどの生物もプランクトンに含まれるが、大半は1〜100マイクロメートル程度の大きさとなっている。一見するとあまり目立たないプランクトンだが、実際には海の環境とどのように関わっているのだろうか。

プランクトンとは

そもそもプランクトンは、植物プランクトンと動物プランクトンの2種類に分類される。
まず植物プランクトンは、葉緑体を持つ独立栄養生物である。光エネルギーを用いて無機物から有機物を合成し、大きさは1〜2マイクロメートルから大きくとも1〜2ミリメートル程度である。また動物プランクトンは、葉緑体を持たない従属栄養生物で、有機物を他の生物などから摂取する必要がある。数メートルあるクラゲなども含むが、大半は数ミリメートル以下の大きさである。

食物連鎖

食物連鎖というのは、生物同士の「食べる」・「食べられる」の関係のつながりをいう。食物連鎖では、ある種の生物の個体数の変化が他の生物の個体数にも影響を及ぼすため、バランスのとれた個体数を保つ必要がある。その上で、プランクトンは食物連鎖の下層に位置するため、より上位の多くの生物に影響を与える可能性がある。

赤潮

プランクトンは食物連鎖を支える大切な存在である。しかし反対にプランクトンによって他の生物に不都合が生じる場合もあり、そのうちの1つとして赤潮があげられる。

まず赤潮は海や湖沼で起こる現象で、富栄養化が進行することで発生する。赤潮では植物プランクトンが異常に増殖し、水面の色が赤や茶色、褐色などに変化する。

そして主な被害には、酸素不足やそれに伴う生物の窒息などがある。植物プランクトンによる赤潮が発生した水は、日中は光合成により酸素は豊富である。しかし、夜間は光合成は行われず呼吸のみとなるため酸素は徐々に減少し、酸素不足により水中のプランクトンは死んでしまう。死んだプランクトンは大量に海底に沈むが、それらを分解するためにはさらに酸素が必要となる。

このように一度植物プランクトンが大量に発生すると、酸素消費の悪循環が生じてしまう。また赤潮で発生したプランクトンの中には、毒性を持つものも存在し、それらのプランクトンによって魚や貝が死んでしまうという被害もある。特に毒性を持つ藻類を貝が食べることによって生じる貝毒は、人にも呼吸麻痺や下痢、嘔吐などを引き起こす恐れがある。

参考）https://www.maff.go.jp/j/heya/kodomo_sodan/0207/09.html
参考）https://www.pref.osaka.lg.jp/o120070/kankyohozen/osaka-wan/sea-term.html

二酸化炭素吸収媒体としての海洋

現在では化石燃料の燃焼などにより、人の手によって多くの二酸化炭素が排出されているが、排出された二酸化炭素の約4分の1は海洋に吸収されている。海洋が二酸化炭素を吸収する方法にはいくつか種類があるが、1つには海草や海藻などの海洋の植物によって吸収されるという方法がある。このように海洋生態系によって取り込まれた炭素は、ブルーカーボンと呼ばれる。ブルーカーボンに対して、陸上の植物が吸収した炭素はグリーンカーボンと呼ばれるが、海洋の植物は陸の植物と比べて、より高い二酸化炭素吸収割合を有する。またブルーカーボンの他にも、二酸化炭素は水に溶けやすい性質を持つため、海水に溶けることによっても海洋に吸収される。

参考）https://www.env.go.jp/earth/ondanka/blue-carbon-jp.html

海洋酸性化

赤潮の章ではプランクトンが与える悪影響について紹介したが、ここでは逆にプランクトンが「海洋酸性化」という現象から被る悪影響について述べていく。

まず海洋酸性化というのは、元々アルカリ性である海水のpHが酸性に近づいていく現象のことである。この現象は、大気中の二酸化炭素を海洋が吸収することで引き起こされ、海洋の酸性化は年々進んできている。

そしてこの海洋酸性化が進んだ場合、プランクトンや貝類、サンゴなどが骨格や殻をつくるために利用している炭酸カルシウムという物質がつくりづらくなるとされている。このような炭酸カルシウムの合成不足は、これらの生物の成長や生存に悪影響を与える恐れが大きいと考えられる。

また海洋酸性化は、大気中の二酸化炭素が海洋に溶け込むことによって生じるため、二酸化炭素の溶解を抑制することは難しく、海洋酸性化への対策は、根本的な地球温暖化対策に限るということになる。

参考）https://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/mar_env/knowledge/oa/acidification.html
参考）https://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/mar_env/knowledge/oa/acidification_influence.html
参考）https://www.cger.nies.go.jp/ja/library/qa/6/6-1/qa_6-1-j.html

プランクトンは赤潮などのように、他の生物に悪影響を与える場合もある。しかし基本的にはプランクトンは食物連鎖を支える役割をしており、それゆえに多くの生物と関わりがあるといえる。プランクトンは目に見えないものが多いが、プランクトンの視点から海洋について探求してみてはどうだろうか。

「自然・環境・動物」の探究に役立つWEBサイト

JAMSTECパーク

海と地球について研究しているJAMSTECの特集サイト。海洋プラスチック問題や、海底の未知なる生命圏について研究がわかりやすくまとめられている。ポップなデザインになっていたりゲームとのコラボをしていたりしていて、海について楽しく学べる必見のページ。https://www.jamstec.go.jp/park/