2020年は大規模な火災の年でした。発端はオーストラリアで、年明けに壊滅的な山火事が猛威を振るった。約1000年間火災がなかった同国東部のクイーンズランド州の熱帯雨林さえも燃え上がった。合計するとスイスの３倍の面積が焼けた。そして北半球では、北米西海岸で大規模な森林火災が発生しました。カリフォルニア州だけでも、16,000平方キロメートル以上の森林が炎上した。米国の州にとって、2020 年はこれまでで最悪の森林火災の年でした。近年、火災の危険性が世界中で高まっています。科学者たちは、その理由の一つが熱帯地方の広がりではないかと考えています。
熱帯とは、定義上、赤道の気候帯を意味します。北は北回帰線、南は北回帰線に区切られています。中心部には常に湿った熱があり、端には乾燥した熱が存在します。気候研究者たちがしばらく観察してきたように、気候変動の結果、北半球と南半球の両方の高温乾燥地帯が極に向かって拡大しており、カリフォルニアやクイーンズランド州の燃える森林にまで広がっています。まだ明確に説明されていない現象です。その背景に空気の変化はあるのでしょうか？それとも10年ごとに起こる自然の気候変動でしょうか？気候研究者のモデルはまだこれに対する答えを提供していません。
気候現象を説明し、その将来の発展を推定するために、研究者は、地球の現在の気候に基づいて、気候システムを動かす科学法則の助けを借りて、起こり得る傾向をシミュレートするコンピューター モデルを使用します。このようなモデルは、極地の氷床の力学と海洋循環の影響の両方を組み込んだ、土壌、植生、大気間の相互作用の複雑なネットワークです。しかし、モデルには弱点があります。特に、海洋における水の循環については、これまで十分な研究が行われていませんでした。特に深海域は依然として未知の領域がほとんどです。
しかし今回、ブレーマーハーフェンのアルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所（AWI）の科学者たちは、世界の海洋のプロセスに関する重要な新たな洞察を得ることに成功し、それによって拡大する熱帯地方の謎を解くことに成功した。これを行うために、研究者らは新しい気候モデルを使用しました。
海洋のヒートゾーン
彼らの結果は、大気のプロセスや自然の気候変動が原因ではなく、むしろ海面上の大規模な風による流れが原因であることを示しています。これらの海流は、北半球と南半球の両方で極に向かって移動します。これまで、気候学者は間違った場所で説明を求めていました。 「これは大気現象ではなく海洋現象です」とAWIの科学者ゲリット・ローマンは説明する。海流は大きな水の塊を集めます。「他のどこよりも多くの熱が水面下に蓄積されます。これは、特に亜熱帯の海に暖かい海域が広がることを意味します」と物理学者は説明します。 「私たちの計算によると、これらの海流が熱帯地方の北と南への拡大の主な原動力であることがわかりました。」
長距離にわたって膨大な量の熱や冷気を運ぶ世界の海洋の海流は、大陸間で回転する大西洋と太平洋の巨大な水の渦の一部です。北半球では、暖かい海水が大西洋と太平洋の西端の南部地域から北に流れ、高緯度に向かう途中で東に向きを変え、そこで徐々に冷やされて、これらの海の東端に戻ってきます。南。そこで渦は閉じ、サイクルが再び始まります。
流れの方向は地球の自転によって決まるため、南半球の海の渦は逆方向、つまり東から西へ反時計回りに回転します。流れは風によって引き起こされ、海面を渦巻き、大きな水の塊を動かします。
地域暖房および栄養ポンプ
北大西洋環流の一部であるメキシコ湾流は、熱帯地方から北アメリカの西海岸に沿って北に向かって 100 ～ 200 キロメートルの幅の帯として流れています。ニューファンドランド島の手前で開けた大西洋に変わり、そこで分岐します。その北東への延長である北大西洋海流は、「ヨーロッパの地域暖房」として暖かい海水をヨーロッパの海岸に押し流し、それによってかなり穏やかな気候を確保しています。メキシコ湾流の南東に続く冷たいカナリア海流が北アフリカの西海岸に沿って流れ、栄養分と酸素が豊富な水が生産性の高い生態系の食糧源となります。最終的に、水は北赤道海流に乗って西に流れ、そこで渦は閉じます。
太平洋では、西に黒潮が流れ込む北太平洋環流により、たとえば日本では穏やかな気候が確保されています。しかし、カリフォルニア海流が中央アメリカの海岸に冷たい水を流す東部では、気候は比較的涼しく乾燥しています。この海岸沿いの帯には、栄養分と酸素が豊富な深海があり、多様な海洋生物の遊び場を作り出しています。
地球上には、風によって海に広がるこのような環流が合計 8 つあり、簡単に言えば、水が円を描いて回転します。大西洋に 3 つ、太平洋に 3 つ、インド洋と南極海に 1 つずつです。 。大きな渦は、その端にある沿岸地域の気候と生態学的生産性を大きく決定し、この影響は内陸部にまで及んでいます。
これらの地域は深刻な気候変動に適応する必要があるかもしれません。 AWIの研究者らが発見したように、気候変動の結果、海の渦が高緯度に移動している。
モデル化された海岸と海流
科学者らは調査のために、AWIで新たに開発された気候モデルを入力した。このモデルは、以前のモデルとは対照的に、過去40年間の海洋上の全地球規模の衛星データを使用して、海岸線のコースと海の波の現在のパターンを非常に正確にマッピングできる。レベルの高さと水温 表面。場所によっては、流れによって水が積み重なって本物の波頭が形成されることもあります。したがって、高低差に基づいて、それらの進路を比較的正確に追跡することができます。
温度の急上昇も水の流れを示しています。 「私たちの計算によると、過去 40 年間で、北半球と南半球の 8 つの大きな風による海の渦すべてが極方向に移動したことがわかりました」とゲリット・ローマンは報告しています。そして、これは年間約800メートルで急速に起こりました。
人々と環境に対する影響は深刻です。メキシコ湾流の変化により、北米東海岸のメイン湾の水温が変化したため、そこのタラの資源は他の海域に移動しました。科学者たちは、ブラジル海流がゆっくりと南に移動しているウルグアイとアルゼンチンの海岸沖でも同様の魚の個体数の変化を観察している。さらに、亜熱帯の大規模な海洋循環が変化するにつれて、栄養分の乏しい海洋領域が拡大し、世界の海洋全体の生産性が低下します。
熱帯の拡大と大海流環の変化に関する研究により、気候変動の背後にある形成力としての世界の海洋の役割がこれまで過小評価されてきたことが明らかになりました。 「地球温暖化は不均一に起こっている」とAWIの研究者ローマンは言う。温暖化が進んでいる地域もあれば、温暖化が進んでいない地域もあれば、全く温暖化が進んでいない地域もあります。 「これらの違いの原因は、長距離にわたって大量の熱を運ぶ海流です」と科学者は説明します。熱は十分にあります: 気候変動に関する政府間パネル (IPPC) によると、1971 年から 2010 年の間に人為的な気候変動の結果として地球上に蓄積されたエネルギーの約 90 パーセントが海洋に蓄えられています。これによると、温室効果や極地の氷床の融解による後方散乱能力の低下、いわゆるアルベドに加えて、海流も気候変動に大きな影響を与えている。
熱の不均一な分布
海洋は、天然の熱貯蔵庫としての機能により、これまでのところ、気候変動による最悪の影響を緩和してきました。しかし、吸収された熱エネルギーは不均等に分布した。その4分の3は南極海に到達した。南極海は世界の海洋面積の7分の1しか占めていないが、巨大な水塊の転覆により地球規模の海洋循環において重要な役割を果たしている。そこで起こる。
流氷と摂氏マイナス 2.7 度に達することもある南極海の水は、保護冷却スリーブのように南極大陸を取り囲んでいます。その深層では、地球上で最も強力な海流である環極海流が流れ、冷たく塩水を大西洋、太平洋、インド洋に注ぎます。
研究者らは主に、南極海の14の辺縁海の1つであるウェッデル海に焦点を当てた。大陸の北西部にある海は、一年中流氷で部分的に覆われており、100 年以上にわたり科学探検の目的地となってきました。たとえば、アジア研究者のヴィルヘルム・フィルヒナー率いるドイツの遠征隊は、実際に南極大陸を陸路で横断するという目標を持っていました。しかし、研究者らが1912年1月に帆船「ドイチュラント号」でウェッデル海の奥地に入ったとき、周囲は流氷に囲まれた。船は巨大な流氷で凍りつき、9か月間北西に漂流した。
偶然の発見
こうして遠征隊は、南半球の他の大きな海洋循環とは対照的に時計回りに回転する、いわゆるウェッデル渦をほぼ偶然に発見した。氷とともに漂流する船に乗っていた科学者たちは、ウェッデル海の現在の状況を解読しただけでなく、今日でも研究に使用されている豊富な気象学的および海洋学的データももたらした。
「ポーラースターン」もこの長い伝統に従っており、1984 年以来ウェッデル海に焦点を当てて毎年遠征を行っている AWI 調査船です。南極海の温暖化に関する最新の発見も、砕氷船が温度、塩分、水の密度を測定するための特別なプローブを備えた深海の測定に基づいています。
したがって、北海の約5倍の大きさであるウェッデル海は、過去30年間で他のすべての深海地域よりも5倍以上温暖化した。しかし、これは非常に不均一に起こりました。「水深700メートルの深さでは気温は変わらなかったが、深さ2000メートルを超えると全面的に上昇した」とAWIの海洋学者フォルカー・ストラス氏は報告している。
原因は偏西風帯の変化であり、したがって周極海流も緯度 1 度または 2 度極側に移動します。 「これによりウェッデル渦が抑制され、その流速が増加しました」とストラス氏は説明します。より強力になった自転は、周極流からより多くの温水を吸い込みます。このままウェッデル海の温暖化が続けば、南極海岸の棚氷に影響を与えるだけでなく、海面上昇や海洋循環の地球規模のベルトコンベアーにも影響を与えるだろうと科学者は警告する。
力の相互作用
熱塩循環としても知られる地球規模のコンベヤー ベルトは、風と並んで海流の 2 番目の主要な原動力です。それは、熱水と冷水の密度の違いの相互作用から生じます。ウェッデル海は、北大西洋から来る巨大な水の塊がそこで冷却されるため、これにおいて重要な役割を果たしています。流氷が形成されると、塩水が流出し、沈むにつれて周囲の水を一緒に下に引きずり込みます。
現在非常に塩分が多く、したがって重い水は、冷たい深流として太平洋とインド洋に流れ込み、その過程で暖まり、上昇して地表に戻ります。インドネシアを過ぎてアフリカの南端のあたりで、そこで流れ込みます。大西洋。そこで中米の湾岸地域を越え、メキシコ湾流の一部として北大西洋に向かい、極北で再び沈み、世界のベルトコンベアーの周回を閉じます。
この熱塩の汲み上げが停止した場合、ヨーロッパの地域暖房源としてのメキシコ湾流の電力も減少するでしょう。北大西洋での測定では、海水の性質が実際には何年もかけて変化していることが示されています。上層は温まり、酸素含有量が変動します。また、海洋の亜極地では、北極の氷の融解とそれに伴う淡水の流入により、塩分濃度が大幅に減少しています。研究者らはこれまで、こうした変化により、21世紀末までに北大西洋およびそれ以降の水循環も弱まるだろうと予想していた。
激しい変動
ゲマール・ヘルムホルツ海洋研究キールセンターの研究者も参加した国際科学者チームは、データ研究でこの仮説を検証した。結果: 深さ 2000 メートルまでの上層水層の温度、塩分、溶存酸素は、過去 30 年間で大きく変動しました。さらに、下層の水層の温度と塩分濃度は過去 10 年間で上昇しました。
しかし、これらの変化は今のところ北大西洋の熱塩ポンプに影響を与えていない、とジオマーの海洋学者ヨハネス・カルステンセンは言う。これは段階的な変化のプロセスであり、ある日突然終わる可能性がある、とカルステンセン氏は言います。
海洋研究者は、世界の海洋の変化に関して利用できるデータが非常に少ないという問題に繰り返し直面しています。通常、一連の測定は十分に遡ることができません。包括的な衛星データが利用できるようになったのは 1980 年代になってからです。深海について信頼できる見解を述べるのは特に困難です。「深さ 2,000 メートル以下で何が起こっているのかはほとんど解明されていません」とカルステンセン氏は言います。これも研究費の不足が原因です。国連科学機関であるユネスコによると、ドイツは研究予算のわずか0.5パーセントを海洋探査に充てており、他の国はさらに少ない。
海洋とその変化に対する国民の意識を高めるため、国連は「持続可能な開発のための海洋研究の10年」を宣言し、2021年夏から開始した。 2030年までに、地球上で最大の生息地と気候変動の重要な形成者に関する新たな知識が収集されるはずです。ユネスコによれば、この知識は「人類の未来への鍵」です。
