植物のミカタ

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求核置換反応は、求電子剤の一部が求核剤で置き換わる反応です。例として、塩化メチル（求電子剤）と水酸化ナトリウム（求核剤）の反応で、水酸化物イオン(OH⁻)が塩化メチルの炭素に結合し、塩素が脱離してメタノールが生成します。化学反応式はCH₃-Cl + NaOH → CH₃-OH + NaCl です。一般化するとR-X + NaOH → R-OH + NaXとなります。ハロゲン原子（X）は陰イオンになりやすく、高い電気陰性度と酸化力を持つ元素です。この記事では、キノンの求核置換反応への理解にはまだ至っていません。

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エタン (C2H6) は、無色無臭のアルカンで、天然ガスの主成分である。常温常圧では気体だが、冷却により液体や固体になる。水にはほとんど溶けないが、有機溶媒には溶ける。エタンは、燃料として利用されるほか、エチレンやアセトアルデヒドなどの化学製品の原料としても重要である。 エタンの分子構造は、炭素-炭素単結合を軸に、各炭素原子に3つの水素原子が結合した構造を持つ。燃焼すると二酸化炭素と水を生成する。ハロゲンとは置換反応を起こし、例えば塩素とはクロロエタンなどを生成する。反応性はメタンよりも高く、光化学反応によるエタンの分解も研究されている。

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田んぼの土壌は、酸素の供給によって酸化還元電位が変化します。酸素が多いと酸化状態になり、電子を受け取る力が強くなります。逆に酸素が少ないと還元状態になり、電子を放出する力が強くなります。 酸化状態の田んぼでは、窒素は硝酸イオンとして存在しやすく、水に溶けやすい性質から、流れ出て環境負荷を高める可能性があります。一方、還元状態の田んぼでは、窒素はアンモニウムイオンとして存在し、土壌に吸着しやすいため、流出が抑えられます。 田んぼの酸化還元電位を管理することで、窒素の流出を制御し、環境負荷を低減できる可能性があります。

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稲作でケイ酸を効かせるには、田に水を溜めた状態を保つことが重要です。ケイ素を含む鉱物が水に溶けてケイ酸イオンを放出するためには、大量の水が必要です。イネはケイ酸イオンを細胞に取り込み、細胞壁を強化して倒伏を防ぎます。 田から水を抜く期間を短くすることで、ケイ酸イオンの溶出とイネの吸収が促進されます。中干し期間を削減する稲作法では、ケイ酸を利用することで草丈を抑制し、倒伏を防止する効果が期待できます。

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廃菌床を水田に入れると、有機物量が上がり、稲の秀品率やメタン発生量の抑制につながる可能性がある。廃菌床には鉄やリン酸も含まれており、稲作のデメリットを補うことができる。また、廃菌床の主成分は光合成産物であり、二酸化炭素の埋蔵にも貢献する。廃菌床に含まれる微生物はほとんどが白色腐朽菌であり、水田環境では活性化しないため、土壌微生物叢への影響も少ないとみられる。

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水田では、イネの根圏（還元層）にメタン酸化菌が生息し、メタンを消費している可能性があります。イネの根量を増やすことで、根圏でのメタン消費量が増加し、大気へのメタン放出量が減少する可能性があります。 初期生育時に発根を促進する土作り（タンニンなどの有機物の定着）を行うことで、酸化層の厚みが増加し、イネの根の発根が促進されます。これにより、メタン消費量が上昇し、メタンの放出量をさらに抑えることができます。

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水田では、酸化層でメタン酸化菌がほとんどのメタンを二酸化炭素と水に変換する。しかし、90％以上のメタンは大気中に放出されず、イネの根からの通気組織を通って排出される。 また、メタンがイネの根に取り込まれると発根が抑制される可能性があり、これを回避するために中干しを行うという説がある。

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水田からメタン発生を抑えるために乾田にすることは、メタン発生は減るものの、代わりに亜酸化窒素が発生し、温室効果ガス全体で見ると削減効果は限定的となる可能性があります。また、乾田化は水田の生物多様性を低下させる可能性があり、水田の多面的機能を維持する上で、適切な水管理と併せて総合的に判断する必要があります。さらに、消費者の意識改革や水田以外の発生源への対策も重要です。

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水田は、稲作に必要な水管理の容易さという利点がある一方、水没状態によりメタンガスが発生しやすいという側面もあります。乾田化は、このメタンガス発生を抑制する効果が期待できます。しかし、水田は水生生物の生息地としての役割も担っており、乾田化によって生態系への影響が懸念されます。また、乾田化には、排水設備の整備や新たな灌漑方法の導入など、コストや労力がかかるという課題も存在します。そのため、メタンガス削減と環境保全、コスト面などを総合的に考慮した上で、最適な方法を選択することが重要です。

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ツバメは、水田に入水する際に土の中から出てくる虫を食べます。糞のDNA分析によると、カメムシ、ハエ、ガガンボなどを食べているようです。近年、カメムシが大量発生していますが、ツバメが増えれば、被害が軽減される可能性があります。しかし、ツバメの餌場である水田が減少し、陸稲が増加すると、カメムシの被害は増加するかもしれません。水田の減少は、ツバメの餌資源を減らし、カメムシの天敵を減らす可能性があるからです。

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農業用の直管パイプに使われている「鋼管」について解説しています。鋼は鉄に炭素を0.02〜2.1%含んだもので、強度の高い材料です。製造過程で石炭由来のコークスが使われており、鋼の中の炭素もこのコークス由来と考えられます。 著者は、サビた鉄パイプの粉（酸化鉄）を水田にまけば、メタン発生抑制と窒素肥料節約になるのではないかと考えており、その過程で鋼管の材質についても調べています。

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川崎重工業が開発した新型ジョークラッシャ「AUDIS JAW™」は、鉄鋼スラグ処理に特化した破砕機です。従来機に比べ処理能力が高く、大きなスラグも破砕できるのが特徴です。電気系統の省エネ化や摩耗部品の長寿命化など、環境性能と経済性に優れた設計となっています。鉄鋼スラグを有効活用する上で、破砕処理の効率化は重要な課題であり、AUDIS JAW™はその解決策として期待されています。

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水田のメタン発生抑制のために鉄剤を検討しており、今回は鋼鉄スラグに着目しています。鋼鉄スラグは鉄鋼生産時の副産物で、シリカなどの不純物と石灰から成ります。鉄分が含まれているためメタン抑制効果が期待できますが、石灰が多く含まれるため、効果があるのか疑問が残ります。そこで、鋼鉄スラグについてさらに詳しく調べています。

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水田を乾田にすることでメタン発生は抑えられますが、鉄の溶脱が減り、下流の生態系や生物ポンプへの影響が懸念されます。水田は腐植蓄積によってメタン抑制と減肥を両立できるため、安易な乾田化ではなく、水田の特性を活かした持続可能な農業が重要です。また、畑作における過剰な石灰施用も、土壌劣化や温室効果ガス排出増加につながるため、土壌分析に基づいた適切な施肥が求められます。

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中干し無しの稲作に取り組む農家の米が、品質検査で最高評価を得た事例を紹介しています。 この農家は、土壌改良、レンゲ栽培、中干し無しに加え、減肥にも取り組んでおり、収量が多いだけでなく、品質も高い米を生産しています。 記事では、この品質向上の要因として、 1. **初期生育段階での発根促進** 2. **猛暑日における水張りによる高温障害回避** 3. **川からのミネラル供給量の増加** の3点を挙げ、土壌の物理性改善とガス交換能向上による重要性を指摘しています。 さらに、中干し無しの稲作は、水管理コストや農薬散布の削減、夏季の気温上昇抑制にも繋がり、環境にも優しい持続可能な農業を実現するとしています。

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レンゲ米の田んぼの土表面でみられる褐色化は、鉄の酸化による可能性があります。もしそうであれば、土壌中の酸化鉄の増加により、窒素固定が促進され、稲の倒伏や温室効果ガス発生の可能性が高まるため、肥料を抑えた方が良いでしょう。食料安全保障の観点からも、肥料に頼らない稲作は重要であり、米の消費拡大も同時に考える必要があります。

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リン鉱石の枯渇が懸念される中、下水処理場の消化汚泥からリンを回収する技術が注目されています。消化汚泥とは、下水を処理する過程で発生する有機物をメタン菌によって分解した後のアルカリ性の汚泥です。 この消化汚泥に硫酸やクエン酸などの酸を加えることで、リン酸を溶解させて回収します。しかし、強酸である硫酸は施設の腐食や重金属の溶出が懸念され、クエン酸は有機物負荷による水質汚染の可能性があります。 消化処理自体もメタン発生による温室効果の問題を抱えているため、リン回収だけでなく、汚泥肥料としての活用など、包括的な解決策が求められています。

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水田では、酸素不足のため土壌が還元状態になりやすく、硫化水素が発生しやすくなります。土壌中の物質は、還元されやすい順に、硝酸イオン、マンガン、鉄、硫酸イオン、二酸化炭素と還元されます。 鉄は硫酸イオンより還元されやすいので、鉄が存在すれば硫化水素の発生は抑えられます。つまり、土壌に鉄を供給したり、鉄の酸化還元をコントロールすることが重要になります。 土壌の物理性を改善することで、硫化水素やメタンの発生を抑制できる可能性があり、そのメカニズムについて、今後の記事で解説していく予定です。

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ネギの連作障害解消のために稲作を挟む方法の効果が疑問視されています。原因は、家畜糞の多用などで土壌が老朽化し、ガス発生が問題となっている可能性があります。解決策として、稲作前に腐葉土を鋤き込み、土壌の物理性を改善することが有効と考えられます。物理性改善は稲作中でも可能であり、土壌環境の改善に役立ちます。ただし、稲作に悪影響が出ないように、時期に注意する必要があります。

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レンゲの播種時期を逃しても、廃菌床堆肥で土壌物理性を改善し、中干しなし稲作は可能です。収穫後、藁と共に廃菌床堆肥を鋤き込むのが理想ですが、冬場の雑草管理が地域の慣習に反する場合は、田植え直前に施用し、酸化鉄散布でメタン発生を抑えます。廃菌床堆肥と酸化鉄は肥料の三要素確保にも役立ち、減肥につながります。中干しなしでは川由来の栄養も得られ、環境負荷低減にも貢献します。重要なのは、これらの情報をどれだけ信じて実践するかです。

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水田からのメタン発生抑制のため、使い捨てカイロの活用を提案する。メタン生成は鉄や硫酸イオンの存在下では抑制される。使い捨てカイロには酸化鉄と活性炭が含まれており、土壌に投入するとメタン生成菌を抑え、鉄還元細菌の活動を促す。さらに、活性炭は菌根菌を活性化し、土壌環境の改善にも寄与する。使い捨てカイロの有効活用は、温室効果ガス削減と稲作の両立を実現する可能性を秘めている。

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日本の伝統的な稲作では、水田を定期的に乾かす「中干し」が行われてきました。しかし、東南アジアなどでは、水を抜かない「湿田」での稲作が主流です。湿田は温室効果ガスの排出量が多いという課題がありますが、日本の水田も国際的な排出規制の影響を受ける可能性があります。中干しは温室効果ガスの排出削減に有効ですが、猛暑による稲の生育への影響が懸念されます。日本の水田は、温室効果ガス排出量の削減と気候変動への適応の両面から、その管理方法を見直す必要性に迫られています。

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著者は、環境負荷の高い畜産肉に代わる大豆ミートに注目しています。牛肉生産は、飼料穀物や森林伐採、温室効果ガス排出など環境問題を引き起こします。そこで、大豆を原料とする大豆ミートは、二酸化炭素排出量削減に貢献できる代替肉として期待されています。著者は、水田転作で大豆栽培が進む中、中干し不要農法が大豆生産の効率化に役立つと考え、今後の記事で詳しく解説していく予定です。

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この記事では、中干しを行わない稲作が、収益性向上と環境改善に有効であることを論じています。 従来、中干しは雑草抑制に有効とされていましたが、著者は中干しを行わない田んぼで雑草が生えないことを観察。これは、良好な田んぼの状態がイネのアレロパシー効果を高め、さらに天敵の活動も活発化するためだと推測しています。 中干しは除草剤や殺虫剤の使用増加につながる可能性があり、著者は、周囲の慣習にとらわれず、物理性の改善など、収益性と環境性を両立させる稲作を推奨しています。

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レンゲ栽培と中干しなし稲作で、土壌の物理性向上による肥料過多と倒伏が課題として浮上。レンゲによる窒素固定量の増加と、物理性向上による肥料効能の持続が重なった可能性。中干しのメリットは物理性向上により減少し、デメリットである高温障害回避と益虫増加の方が重要となる。解決策は施肥量減らし。この技術確立は、肥料・農薬削減によるSDGs、土壌炭素貯留によるCO2削減、鉄還元細菌によるメタン発生抑制に繋がり、持続可能な稲作に貢献する。

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農研機構の報告によると、稲作においてカリウム施肥量を減らすと土壌中に難分解性炭素が蓄積し、土壌の物理性・化学性が改善され、翌年以降の秀品率が向上する。カリウム不足になるとイネは鉱物を破壊してカリウムを吸収し、同時にケイ酸やアルミニウムも溶脱する。このアルミニウムが腐植を守り、有機物の蓄積につながる。この蓄積は二酸化炭素排出削減にも貢献し、土壌のヒビ割れを防ぐため中干しの必要性も減少する。慣行農法の中干しは環境負荷とみなされる可能性があり、土作り不要論から脱却し、炭素蓄積と生産性向上を両立する栽培方法が求められる。水田のメタン発生は、有機物蓄積による抑制効果で相殺可能である。

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稲作における土作りの必要性を問う記事。慣行農法では土壌劣化による病害虫増加で農薬使用を招き、環境負荷を高めている。一方、土壌微生物の働きを重視した土作りは、窒素固定菌による窒素供給や病害抑制効果で農薬を減らし、持続可能な稲作を実現する。鉄還元菌による窒素固定では、還元剤として鉄を利用し、不足するとメタン生成につながるため、土壌管理が重要となる。冬季湛水や中干しはメタン発生を増やすため、土作りで稲わらを堆肥化し施用することでメタン発生を抑制できる。土壌微生物の理解と適切な管理こそ、環境負荷低減と安定生産の鍵となる。

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「エッセンシャル土壌微生物学 作物生産のための基礎」は土作りに興味のある人にオススメ。土壌微生物の働きだけでなく、団粒構造における粘土鉱物の役割、酸化還元電位による肥料効果や水田老朽化への影響まで丁寧に解説。土壌中の電子の挙動(酸化還元)を理解することで、土壌消毒や稲作の中干しといった実践的な課題についても深く考察できる。関連する記事では、緑泥石、メタン発生、ポリフェノール鉄錯体、コウジカビ、ベントナイト、土壌消毒など多様な視点から土壌への理解を深めることができる。

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レンゲ米栽培の水田では、葉色が薄く地上部の茂りが少ない一方で茎は太く、背丈が揃っている。慣行栽培と比べ、中干し時に土壌のひび割れが発生しにくい。これはレンゲによる土壌改良で有機物が増え、クラスト（乾燥ひび割れ）が生じにくいため。クラストは露地栽培では生育障害を起こすが、水田では発根促進のためのガス交換の場となる。レンゲ米ではひび割れがないことで有害物質の排出が懸念されるが、レンゲが事前に有害物質を軽減している。一方、中干しは根の損傷やROLバリアの質低下といったデメリットも持つ。レンゲ米で中干しの効果が薄まるなら、元肥設計を見直す必要がある。肥料偽装問題で硫安が使用された事例は、土壌への影響を考えると深刻な問題と言える。

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地球温暖化による台風被害増加への懸念から、温室効果ガス削減の必要性を訴える。二酸化炭素の300倍の温室効果を持つ一酸化二窒素に着目し、その排出源を考察。一酸化二窒素は土壌中の微生物の脱窒作用で発生し、窒素系肥料の使用増加が排出量増加につながると指摘。特に高ECの家畜糞堆肥の使用は土壌の硝酸呼吸を活発化させ、一酸化二窒素排出を促進する可能性が高いと推測。慣習的な家畜糞堆肥による土作りは、土壌の物理性・化学性を悪化させ、地球温暖化、ひいては台風被害の増加に寄与する恐れがあり、環境問題の観点から問題視している。

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海中の微細藻類は陸上の植物に匹敵するほどの光合成を行い、食物連鎖の基盤を形成する。陸と異なるのは、食物連鎖で発生する有機物の一部が海底に沈降することだ。これらの有機物は深海生物の餌となるが、その糞も更に深層へと沈み、最終的にはアーキアによってメタンに変換され、メタンハイドレートとなる。つまり、藻類の光合成産物は炭素を深海に隔離する役割を果たしている。人間による二酸化炭素排出がなければ、このメカニズムによって大気中の酸素は増加していく可能性がある。そして、藻類の成長には鉄分も重要な要素となる。

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イネ科緑肥は、土壌改良効果が期待される一方で、窒素飢餓や線虫被害といった問題も引き起こす可能性がある。その効果は土壌の状態や緑肥の種類、すき込み時期によって大きく変動する。窒素飢餓は、緑肥の分解に伴う微生物の活動による窒素消費が原因で、イネ科緑肥は炭素率が高いため特に起こりやすい。線虫被害は、特定のイネ科緑肥が線虫を増加させる場合があるため、種類選定が重要となる。効果的な利用には、土壌分析に基づいた緑肥の選定、適切なすき込み時期の決定、必要に応じて窒素肥料の追肥などの対策が必要となる。また、緑肥以外の土壌改良資材との併用も有効な手段となり得る。

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使い捨てカイロ由来の鉄剤を肥料として水田に施用することで、冬場の水田土壌の老朽化を防ぎ、メタン発生を抑制する解決策が提案されている。 収穫後の水田に水を張り続ける慣行は、土壌の嫌気化を進め、メタン発生を増加させる。同時に土壌劣化も招き、翌年の稲作に悪影響を与える。 使い捨てカイロの内容物である酸化鉄を水田に投入することで、土壌中に酸素を供給し、嫌気状態を改善する。これによりメタン発生が抑制され、土壌の健全化も期待できる。 この方法は、廃棄物である使い捨てカイロの有効活用にも繋がり、環境負荷低減に貢献する。また、水田管理の省力化にも寄与し、持続可能な稲作に繋がる可能性を秘めている。

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京都府福知山市のP/T境界露頭は、ペルム紀末期と三畳紀初期の地層が連続しており、地球史上最大の大量絶滅を示唆する貴重な場所です。下部の灰色の地層からは古生代型の放散虫、上部の黒色の地層からは中生代のコノドントの化石が発見され、生物相の劇的な変化が確認できます。 海生生物の化石が内陸部で見つかるのは、プレート移動により海洋で形成された地層が運ばれてきたためです。大量絶滅の原因として、海底のメタンハイドレートの溶脱による海洋無酸素化が有力視されています。 これは、現代のメタンハイドレート採掘やCO2増加による環境問題と類似しており、大気中のCO2を土壌や炭酸塩に固定する技術の重要性を示唆しています。

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史上最大の大量絶滅の痕跡であるP/T境界を自分の目で見るため、京都府福知山市の露頭を目指した。場所は京都府レッドデータブックに記載されていたが、詳細な位置は論文に記載されたGPS情報から特定した。現地では「P/T境界」の看板を発見。看板に従い進むと目的の露頭に辿り着いた。露頭にはP/T境界を示す層が確認できたが、詳細は次回の記事で解説する。

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ペルム紀末から三畳紀初期にかけて、海洋無酸素事変と呼ばれる現象が起きた。石炭紀に大気中の酸素濃度が上昇したが、リグニン分解生物の出現で酸素濃度は低下したものの、石炭の埋蔵により地球全体では酸素は多かったはずだった。しかし、活発な火山活動により、メタンハイドレートを含む堆積岩が溶解し、大量の炭素が放出。地球全体で酸素濃度が急減し、二酸化炭素濃度が急増した。結果、大型単弓類は絶滅したが、酸素利用効率の良い小型爬虫類は生き延び、後の恐竜繁栄に繋がる可能性を秘めていた。この火山活動とメタンハイドレートの関係は、日本科学未来館のdeep scienceでも解説されている。

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恐竜が生きた時代、大気中の酸素濃度は低く、植物の分解が不十分で石炭が大量に生成された。石炭は炭素を地中に閉じ込め、酸素濃度の上昇を抑えた。低酸素環境は巨大な恐竜の呼吸を困難にした可能性がある。大型恐竜は効率的な呼吸器系や、低酸素への適応を進化させた可能性が示唆されている。石炭紀後期からペルム紀にかけて酸素濃度が上昇し、恐竜の巨大化を促した可能性もある。酸素濃度と恐竜の進化には関連があると考えられる。

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メタンは都市ガスの主成分であり、燃焼すると二酸化炭素を排出する。しかし、メタン自体も強力な温室効果ガスである。嫌気環境下では有機物からメタンが発生し、家畜のゲップや水田の底などが発生源となる。牛のゲップによるメタン排出は温暖化への影響が懸念されている。メタンは様々な場所で発生するため、それを資源として利用する生物も存在する。今後の記事では、メタンを利用する生物について掘り下げていく予定。

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大雨は河川を通じて土壌中の有機物を海底へ運び、炭素を固定する役割を持つ。土壌中の有機物は海底の嫌気的環境でバクテリアやメタン生成アーキアによってメタンに変換される。この過程で二酸化炭素は減少し、酸素が増加する。生成されたメタンは海底の低温高圧環境下でメタンハイドレートとなる。つまり、雨は大気中の二酸化炭素濃度調整に寄与していると言える。一方、現代社会では大雨による水害が増加傾向にある。これは大気中の二酸化炭素濃度調整のための雨の役割と関連付けられる可能性があり、今後の水害増加に備えた対策が必要となる。

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地球温暖化による猛暑や水害増加への対策として、土壌への二酸化炭素固定が提案されている。従来のNPK肥料中心の土壌管理から脱却し、木質資材由来の堆肥を用いて土壌中に無定形炭素(リグノイド)を蓄積することで、粘土鉱物と結合させ、微生物分解を抑制する。これにより土壌への二酸化炭素固定量を増やし、植物の光合成促進、ひいては大気中二酸化炭素削減を目指す。家畜糞堆肥は緑肥育成に限定し、栽培には木質堆肥を活用することで、更なる根量増加と光合成促進を図る。キノコ消費増加による植物性堆肥生産促進や、落ち葉の焼却処分削減も有効な手段として挙げられている。

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タンパク質はアミノ酸がペプチド結合で連なったポリペプチドが折りたたまれて機能を持つ。この折りたたみを安定させる結合の一つにジスルフィド結合がある。これは、アミノ酸のシステイン同士が持つチオール基（SH）が酸化反応により硫黄間で共有結合したもので、他の結合より強固で熱にも強い。ジスルフィド結合が多いほどタンパク質は分解されにくくなる。人体では毛や爪に多く含まれ、分解されにくい性質を説明している。