このブログ記事では、西南極地域の海水温の上昇と海流によって、小さな棚氷の下に暖かい水が集中し、融解が加速される仕組みと、この現象が南極全体の棚氷の変化にどのような影響を与えるかを詳しく検証します。
南極大陸は膨大な量の氷を抱えており、もし完全に溶ければ世界の海面を約57メートル上昇させるほどです。この氷の中でも、陸地を覆う厚さ数キロメートルの巨大な氷床が重力の影響で海岸線に向かって移動し、一部は陸地を越えて海上に浮かんでいる構造を棚氷といいます。南極の海岸線の約75%はこのような棚氷に覆われており、その厚さは地域によって100メートルから1,000メートルと様々です。棚氷の質量の経年変化は地球温暖化と密接に関連しており、気候変動研究の重要な要素として扱われています。棚氷の減少要因のうち、氷山として崩壊する氷の量は比較的よく観測されています。しかし、温かい海水の影響で棚氷の下側からどれだけの氷が溶けて消失するかについてのデータは、長らく乏しいものでした。これは、棚氷の下側へのアクセスが極めて困難であるためです。最近、南極周辺の風向の変化により、より温かい深層水が棚氷の下に浸透するようになり、このプロセスの正確な測定の必要性が高まっています。棚氷底の融解は、南極周辺の海面上昇に直接影響を与えます。
棚氷の総質量は4つの要因によって決定されます。第一に、棚氷を形成するために陸地から流入する氷の供給は、質量増加の重要な要因です。第二に、棚氷表面に積もる雪の量も、棚氷の成長に寄与します。逆に、氷山となって海に流れ込む氷の量は、棚氷の質量を減少させます。同様に、暖かい海水の影響で棚氷の底から溶け出す氷の量も、棚氷の減少に影響します。棚氷の総質量の変化は、これら4つの要因の相互作用に基づいて算出されます。近年、衛星データの蓄積により、これらの要素を詳細に分析することが可能になりました。
陸地から棚氷を形成するために流入する氷の量は、棚氷と陸地の境界における氷の流速と厚さを測定することで算出されます。氷の流速は、衛星が一定時間ごとに撮影した2枚のレーダー画像を比較することで、センチメートルレベルの精度で算出できます。氷の厚さは、衛星高度計を用いて水面に浮かぶ氷の高さを測定し、氷と海水の密度差によって生じる浮力を考慮することで算出されます。
棚氷に積もる雪の量は、掘削で得られた氷床コアと気候予測モデルを組み合わせることで比較的高い精度で算出されています。一方、氷山として失われる氷の量は、氷山の面積と厚さから測定できます。しかし、実際には氷山は海水中で急速に移動し、急速に溶けるため追跡が難しく、正確な定量化は困難です。そのため、長期的な信頼性を確保するため、研究者は棚氷の端から数キロメートル内陸に入った基準線で氷の速度と厚さを測定することで、氷山の分離による質量損失を間接的に算出しています。棚氷全体の面積と厚さの変化から棚氷の質量の増減を把握し、棚氷の底から溶けて消失する氷の量を推定することもできます。
研究結果によると、南極棚氷全体に陸地から1年間に供給された氷の量は約2兆490億トン、棚氷表面に積もった雪の量は約4440億トンでした。一方、氷山が棚氷から分離して失われた氷は約1兆3210億トン、暖かい海水の影響を受けた棚氷底の融解によって失われた氷は約1兆4540億トンでした。最終的に、南極棚氷システム全体では年間約2820億トンの質量損失を経験しました。これらの損失のうち、棚氷底の融解は平均52％を占めますが、地域によって最小10％、最大90％と大きなばらつきが見られました。
南極海域を経度に基づいて4つのゾーンに分割した分析の結果、西南極地域のパイン島棚氷やクロズ棚氷といった小規模な棚氷では、棚氷底の融解が平均74%を占めていることが明らかになりました。一方、他の地域では概ね40%前後で推移しています。特に、南極全体の氷山の約3分の1を占めるフィルヒナー・ロンネ棚氷（北南極と南西南極にまたがる）とロス棚氷（南南極）では、棚氷底の融解がわずか17%と非常に低いことが示されました。
南極大陸の棚氷面積の91%を占める上位10位の棚氷は、南極大陸全体の棚氷底融解量の約半分を占めるに過ぎません。残りの半分は、総面積のわずか9%を占める小型棚氷で発生しています。この現象は、小型棚氷が西南極海の比較的温暖な海域に集中しているために発生します。したがって、過去の研究で用いられた手法、すなわち大型棚氷を中心としたデータを面積比で単純に外挿するという手法は、南極大陸全体の棚氷底融解量を大幅に過大評価していた可能性が高いと考えられます。
棚氷底の単位面積あたりの融解量を調べたところ、南極平均は年間約0.81メートルでした。しかし、地域差は大きく、0.07メートルから最大15.96メートルまでの範囲でした。西南極の小型棚氷では融解速度が非常に速かったのに対し、他の地域の大型棚氷では融解速度が比較的低かったのです。これらの違いは、棚氷直下の地形と海水温構造の複雑な相互作用に起因しています。特に陸地に近い棚氷下では融解が激しく、陸地から離れるほど海水の凍結は増加します。これらの研究結果は、南極の棚氷における氷底の融解が地域条件や海洋環境によって大きく異なり、それが世界の海面上昇と気候システムに重大な影響を及ぼしていることを再確認させます。
