海洋は地球の気候システムにおいて重要な役割を果たしています。しかし、気候変動は海洋にも被害を与えています。今回の研究により、海洋の層別化がここ数十年で大幅に増加したことが明らかになった。特に上層水層の温暖化により、水塊の交換がますます妨げられています。局所的には、氷河の融解からの淡水の流入によってこの傾向が強化されています。これは、海が熱、酸素、栄養素を深部に放散する能力が低下していることを意味しており、研究者らの説明によれば、海洋生態系だけでなく陸地の気候にも影響を及ぼしている。
海洋の水は垂直に混合されていませんが、通常は層状のゾーンを形成しています。暖かく塩分濃度の低い水は密度が低いため、水面近くに集まります。一方、より深い層には、通常、冷たくて塩分の強い深層水が見られます。これらの層の間の水の交換は限られています。これは通常、強風のときや表面温度が低い冬に起こります。 「この層状構造は水の混合に対する障壁として機能し、熱、炭素、酸素、その他の成分の垂直交換も阻害します」と北京の中国科学院のGuancheng Li氏らは説明する。 「したがって、この層状構造の範囲は、地球の気候システムの中心的な要素となります。」
海洋水の成層が見える
しかし、気候変動によって海洋の層構造がどのように変化しているかは、これまで大まかにしか知られていなかった。水面の温暖化の進行は、これが水の成層にも影響を与え、強化していることを示唆しています。しかし、北極と南極の氷河が解けて甘い雪解け水の流入が増加していることも寄与する可能性がある。これは、淡水の密度が低いため、塩分濃度の高い海水の上に比較的安定した層を形成するためです。しかし、これまでのところ、これらのプロセスがすでに海洋の水層構造にどの程度影響を与えているかについてのデータは不十分です。その理由は「海洋温度と塩分濃度の観測結果はまばらで、空間的に不均一に分布している場合がある」とリー氏と彼のチームは説明する。これまで、海の上 200 メートルのデータはほとんど考慮されず、大まかな推定値でギャップが埋められてきました。
この状況を改善するために、研究者らは現在、深さ 2,000 メートルまでの水温と塩分に関する新しい測定データを使用しています。彼らはまた、水中に溶けている窒素の測定を使用して、層別に関する間接的な情報を取得しました。なぜなら、その量は水の密度に依存するからです。さらに、科学者たちは、物理法則に基づいてデータのギャップを埋めることができるコンピューター モデルを使用しました。
温暖化が主な原動力
この評価は、海水のより安定した層化への傾向を裏付けています。 「これらの層の安定性は、私たちが考えていたよりも速く、また現在のモデルの予測よりも速く増加していることがわかりました。これは憂慮すべき見通しです」と、共著者であるペンシルベニア州立大学のマイケル・マン氏は報告しています。データによると、上部 2,000 メートルの層別は 1960 年以来平均 5.3 パーセント増加しています。これは 10 年あたり約 0.9 パーセントです。上部 150 メートルでは、水層間の差が 18% 増加しました。研究者らは、こうした変化は4つの主要な海洋盆地すべてで観察できると説明している。 「この割合は南極海で最も高く、次に太平洋、大西洋、そしてインド洋が続く」とリー氏らは述べた。ただし、最も影響を受ける水深に関しては地理的な違いがあり、熱帯では海の上層 200 メートルが最も大きく変化し、中緯度および高緯度では水深 500 メートル未満が最も影響を受けます。
研究者らは、この現象の主な原因が大気の温暖化、ひいては上層水層の温暖化であると特定した。科学者らは、これが海洋の層別で観測された変化の97パーセントを占めると述べている。 「地球温暖化により大気はより不安定になっていますが、同時に海洋のおかげで大気はより安定しています」とマン氏は説明します。 「地表近くの水は深層よりも早く温まるため、層状構造がより安定します。」局地的な規模では、雪解け水の流入とそれに伴う塩分濃度の低下も影響を及ぼします。研究者らが強調しているように、彼らの観測は単なる基礎的な海洋研究ではありません。 「階層化の増加は気候に重大な影響を及ぼします」とリー氏と彼のチームは言う。 「これに伴う混合の減少は、海洋による熱と二酸化炭素の吸収に影響を与える可能性があり、熱帯低気圧の形成とその強さにも影響を与える可能性があります。」さらに、海水の混合が不足すると、水中の溶存酸素の分布も妨げられます。これにより、海底に酸素が不足した「デッドゾーン」が増える可能性があります。
出典: Guancheng Li (中国科学院、北京) 他、Nature Climate Change、 doi: 10.1038/s41558-020-00918-2
