新しい古気候研究によると、過去2回の大規模な氷河から間氷期への移行の「脱氷河」過程で、南極の氷床からの融解水が南極海の表層および深層水の層状構造を著しく強化し、その結果、地球規模の海洋循環である「地球のコンベアベルト」の稼働効率が弱まったことが示された。この研究は、南極の氷床が海洋力学と地球規模の気候システムに強力な規制効果を及ぼしており、その影響はこれまで理解されていたよりもはるかに大きいことを強調している。この成果はマックス・プランク化学研究所とブリュッセル自由大学のフランソワ・フリピアット氏が主導し、多くの科学研究機関との協力で完成した。
過去 300 万年にわたり、地球は長い氷河期と温暖な間氷期の間を何度も行ったり来たりしてきました。氷河期には、かつて巨大な氷床が北半球の広大な土地を覆い、ヨーロッパの一部にまで広がっていました。その後の退氷期中に、これらの巨大な氷塊は徐々に後退し、地球規模の海洋循環と気候パターンを大きく再形成しました。過去数十年にわたり、北大西洋、特に北半球の氷床からの融解水が大西洋子午線循環（AMOC）に及ぼす影響に多くの研究が焦点を当ててきた。グリーンランドの氷床から流入する淡水は、この重要な海流システムを弱め、ヨーロッパの比較的温暖な気候に影響を与えると考えられています。対照的に、南極を取り囲む南極海は、気候システムにおいて中心的な役割を果たしているにもかかわらず、長い間あまり注目されてこなかった。
南極海は南極大陸を取り囲み、大西洋、インド洋、太平洋と密接につながっています。地球の海洋循環の拠点地域として位置づけられています。大気と深海との間のガス交換の主戦場の一つでもある。深海は巨大な炭素貯留庫として、大気の約 100 倍の二酸化炭素を蓄えています。この交換プロセスは、海の「成層」、つまり、異なる水塊の垂直方向の層と混合に大きく依存します。フリッピアットは、海洋は地球規模で熱と炭素を再分配する巨大な機械のようなものであると鮮やかに指摘しました。この機械が階層化の強化により「層に分離」されると、動作速度が低下し、地球規模の気候変動に直接影響を及ぼします。
米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載されたこの研究では、研究チームは南極海から収集した複数の堆積物コアサンプルを分析し、珪藻の殻に保存されている有機物の同位体組成を使用して、過去の環境条件の進化を再構築した。珪藻は海水に生息する微細藻類です。それらは大量に蓄積され、南極海の海底に堆積し、研究者に高解像度の「自然気候アーカイブ」を提供します。これらの地質学的記録により、科学者は、退氷期における南極海の成層と水交換パターンの微妙な変化を追跡することができます。
その結果、退氷期中に南極近海の海洋成層が大幅に強化されることが示された。その主な理由は、氷床から大量の淡水が注入され、それによって表層海水の密度が減少し、その下の冷たくて塩分を含んだ深層水との混合が大幅に抑制されるためです。同時に、さらに北の極前線付近では、雪解け水と偏西風が協力して深層水の湧昇プロセスを強化し、地球全体の海洋換気機能をある程度維持しています。これは、南極沖の「層状ロック」が局所的な深層と表層の交換を妨げているにもかかわらず、地球規模の海洋システムが完全に停止しておらず、他の領域やメカニズムを通じて大気と物質やエネルギーの交換を続けていることを意味する。
研究者らは、南極近くの海洋がますます成層化する一方で、極前線帯の湧昇と強風場が依然として深層水塊の地表への継続的な上昇を促進し、大気とのガス交換を促進していることを観測データが示していると指摘した。これらの湧昇プロセスは、もともと深海に蓄えられていた大量の二酸化炭素を放出し、大気中の温室効果ガスの濃度を上昇させ、それによって氷河期を終わらせ、より温暖な間氷期を開始する上で重要な役割を果たした可能性がある。言い換えれば、南極の氷床の融解水は、局所的に海洋ベルトコンベアに「ブレーキ」をかけるだけでなく、長距離の影響を通じて地球の寒冷状態から温暖状態への移行を加速させているのである。
この複雑かつ微妙な気候状況の中で、南極大陸はもはや人々の心の中にある単なる「氷と雪の荒野」ではなく、熱、炭素、海水の循環の展開において重要な役割を果たしている、地球の気候システムの「見えない指揮官」の1つである。科学者らは、南極の氷床と南極海の結合メカニズムを徹底的に理解することは、地球の気候史を復元するのに役立つだけでなく、将来の温暖化の継続という文脈で、南極の氷床の融解の加速が地球規模の海洋循環と気候に与える影響を評価するための重要な参考資料となることを強調している。