• 水谷 広, 1987: 地球とうまくつきあう話 (未来の生物科学シリーズ 10)。 共立出版, 98 pp. ISBN 4-320-05834-6.

全地球規模の生物地球化学サイクルと、それを人間がどのように変えているか、それを持続可能にしていくためにはどういう注意が必要かの概論。ただし「生物地球化学サイクル」とか「持続可能性」という用語を使っているわけではない。著者は三菱化成生命科学研究所の「生物地球化学・社会地球化学研究室」に属していたが、当時、この研究室名に使われた用語は世の中で耳慣れないものだったと思う。「持続可能な発展」という用語が広く使われたのも1987年に英語で出た本が読まれてからだ。

生物を構成する主な元素はC, O, N, H, Ca, S, P, Na, K, Cl, Mgの11種類であるとし(これ以外に微量でも必須なものもあるが)、それぞれの元素の地球上での循環を見ていく。

まず炭素に注目すると、植物の光合成によって有機物が合成され、それが微生物・動物・植物自身によって分解されることが基本になっている。ただしこれは、光合成をする植物と、酸素を利用できる生物(好気性生物)が進化してからの状態であり、それ以前は違っていたのだ。また、好気性生物が発達して以後の状況で、酸素の循環はこの炭素の循環と裏表になっている。

窒素のおもな存在形態として、アンモニア(NH₄⁺)、硝酸(NO₃^–)、窒素を含む有機物、窒素分子(N₂)があげられる。その間の反応として、窒素固定(N₂→NH₄⁺)、アンモニア同化(NH₄⁺→有機物)、アンモニア化(有機物→NH₄⁺)、硝化(NH₄⁺→NO₃^–)、硝酸同化(NO₃^–→NH₄⁺)[図12の「硫酸同化」はこれのまちがい]、脱窒(NO₃^–→N₂)があげられる。人間活動はこれを大きく変えている。著者が使ったデータによる現在の世界の窒素固定の量は2.7億トン/年だが、そのうち0.5が人工的合成であり、残りは生物によるものだがそのうち1.3が農地で起きている。しかし、アンモニア化、硝化、脱窒の過程はほとんど自然まかせであり、ただその材料物質の量や分布に人間活動がインパクトを与えている。

リンについては(地球全体でなく)日本とイギリスのそれぞれ全国を例として、人間活動が元素の循環を大きく変えていることを示している。

著者の見るところ、自然の循環はほぼ定常状態と見ることができ、それを構成する主要な流れの部分はほぼ同じ大きさをもっている。ところが人間活動はそのうち少数の部分の流れを大きく変えてしまう。残りの部分の流れが同じように変わってくれるとは限らず、物質の分布の偏りができてしまうのだ。人間社会が「地球とうまくつきあっていく」には、流れが新たな定常状態を構成するようにしていくべきなのだろう。

循環の数値の表現方法が独特だ。他の文献では、窒素ならばアンモニア・硝酸などの各存在形態を箱のように考え、反応を箱から箱への矢印で表現して、単位時間(ここでは年)あたりの反応量を矢印に添えることが多いと思う。ところが本書(とくに窒素循環のところ)では、反応が節(ふし)となるようにダイアグラムをかいている。節をつなぐ矢印は反応と反応の連鎖関係を表わすことになる。そして図12ではこの矢印に数量が添えられているのだ。本文では図の節に対応する各反応ごとに量が述べられており、それは図の矢印につけられた量をいくつかたしひきしたものに対応すると思うのだが、どれをどう組み合わせるべきなのか必ずしもよくわからない。図では数量の少ない経路は省略してあり、数値を収支が閉じるように修正してはいないそうなので、数値をたしひきしてみて論理的にそれぞれの意味を推測することもむずかしい。

[窒素循環に関しては、水谷(1999)の図5.3がこれの改訂版にあたる。各存在形態を箱(円柱型)、反応を矢印とし、人間以外の生物による反応と、人間が直接・間接にかかわった反応を分けて、それぞれ矢印のところに数値を示している。新しい資料を使っているので値はいくらか変わっている。]

• 水谷 広, 1999: 人間活動と物質循環系のグローバルな変化。 水・物質循環系の変化 (和田 英太郎, 安成 哲三 編, 岩波講座 地球環境学 5, 岩波書店), 155 – 196.