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251号目次〜海からの恵み〜

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海流のメカニズム川邉 正樹

東京大学大気海洋研究所
海洋物理学部門/教授

KAWABE Masaki

世界の海流は極域での海水の沈み込みによる深層循環と、海上風による表中層循環という2種類の海水循環で構成され、熱や物質を輸送することで現在の温和な気候を形成し、酸素や栄養塩のある生物の生息環境を作っている。酸素の豊かな海を作る海流のメカニズムに迫る。

糠床と海
昭和30〜40年代、それぞれの家庭でキュウリやナスなどの ぬか漬け を作っていたころ、我が家にもぬか み

そ040˚S

20˚

0˚

20˚

40˚

60˚N

され、海盆一杯に溜められる。

1000

グリーンランド海では、このような過程で北大西洋の部分では、生物の呼吸と生物の糞や死骸などの有2000

深層水の源水が作られている（図1）。生成された源機物の分解で酸素は使われる一方である。それな

3000

水は隣接のノルウェー海にも広がり、これらの海盆のに、海には酸素が豊富にある。

4000に水温0℃以下、塩分34.9程度の世界で最も密度の5000高い海水が溜められる。北大西洋深層水の源水は、ぬかどこ

円筒の入れ物にたっぷりと糠味噌の入った糠床があ

図1 世界の海底付近での溶存酸素の分布（単位は㎖/ℓ）。×は深い対流の起る地点

海の表層に酸素が豊富にあるのは不思議ではなった。母の日課のひとつは、糠床の底の方にまで手い。大気から酸素が直接入るからである。しかし、をつっこんで全体をかき混ぜることであった。重く大気に接しない海の底では、空から降ってくる物質て粘り気のある糠味噌を混ぜるのは重労働である。

や海の生物の糞や死骸が海底に堆積し、それらが酸汗をかきながら渾身の力を込めて混ぜていた姿を

図2 GEOSECS（地球化学海洋断面研究）
データによる大西洋南北
断面での溶存酸素の分布（単位は㎖/ℓ）グリーンランド、アイスランド、スコットランドを結ぶ海嶺の深みから大西洋に流入し、重力の作用で深さ数100〜4,000mほどまで海嶺の斜面に沿って沈降す素を使って分解するので貧酸素になるはずである。

北縁の60°
N付近で海面から海底まで分布し、深さ3,000〜4,000mで南方に広がっていることがわかる。

覚えている。「こうしないと糠味噌が腐ってしまい、にもかかわらず、図1を見るとわかるように、世界の海

この分布が示唆するように、海に豊富にある溶存酸水温と塩分が増加し、2.5℃、塩分35.03程度の北大キュウリがおいしく漬からない」と言っていた。かきの海底近くには多くの酸素が存在する。

素は、もとをたどれば大気から入ってきたものである。

西洋深層水が形成される。

る。この過程で高温、高塩分の表層水を取り込んで混ぜることで糠味噌に空気を送り、米ぬかを発酵さ

海底付近の溶存酸素の濃度は、最も高い北大西洋それを世界の海の隅々まで運ぶのが海流である。図重い水が入ると、その部分の圧力は周囲よりも高くせる乳酸菌に適度な酸素を与え、余分に発生する細北西部で6.5〜7.0㎖/ℓであり、最も低い北太平洋東2からは、北大西洋北部に端を発する深層循環が、北なる。その結果、圧力の水平勾配ができ、地球の自菌を退治して糠味噌を腐らせないのである。実は、端部で3.0㎖/ℓを少し下回る程度である
（図1）
。大気

大西洋深層水と呼ばれる高酸素水を運び、深層の広転の効果が加わることで密度流が北米大陸の岸沿自然の海でも糠味噌を混ぜるのに似た現象が起きから直接酸素の入る海面でも、最大で極域の8.0㎖/範な海域に酸素を供給していることが伺える。

いに生じ、定常的には南北大西洋を南下する西岸境ている。そこでは、海流や対流といった物理現象がℓほどであり、最少は赤道域の4.5㎖/ℓほどであるか

冬季に猛烈な冷たい風が吹くと、海面付近の水が界流が形成される。この流れによって北大西洋深層ら、本来ほとんど酸素のないはずの深層海洋に、い冷やされ、水温が氷点を下回ると氷が生成される。

水は南に運ばれる。海盆での深い対流は、グリーンかに多くの酸素が溶けているかがわかるであろう。

水温が下がることで海水の密度が増加すると同時

ランド海のほか、ラブラドル海と地中海でも起り、そ

特に、北大西洋北部では海面とほとんど変わらないに、ほぼ真水で作られる氷からはじき出された塩分れぞれラブラドル海水、地中海水と呼ばれる特有な海には多くの生き物がいる。人類の食を支える海濃度の溶存酸素が深層にあり、大西洋赤道域では深で、周辺の海水の塩分が高まり密度が増加する。表海水を作っている（図1）。北大西洋深層水は、南下の幸と、それらを育てる生態系を形成する生物であ層の溶存酸素の方が海面より多いのである。太平洋

面水の密度が増加して下の海水より重くなると、鉛直の途中でこれらの海水と混ざり、さらに低温、高塩る。生物は体内に酸素を取り込んで呼吸をする。酸の西部赤道域でも、深さ5,000mほどの海底近くに海運動が生じて対流が起る。ちょうど糠味噌を糠床のになる。

素が欠乏すると、東京湾で時々起るように、海底に棲面と同程度の溶存酸素が存在する。

底からかき混ぜるように上下が反転し、大気の酸素一方、南極の大陸棚と沖合域でも、冬季の冷却とが海中に引き込まれて高酸素の海水が大量に作ら氷の生成によって密度の高い海水が作られている。

海を 混ぜて いる。

海の不思議 〜 酸素の豊かな海

む生物や魚が死んでしまう。恵みの海であるには、このように多くの酸素がどうして深層海洋に存在

かいぼん

海の生き物が必要とする酸素を絶えず補給しないとするのだろうか。海がよどんでいたらありえないことれる。こうした現象が適度な大きさの海盆で起ると、この海水は南極底層水と呼ばれ、南極大陸周辺の幾いけない。光が差し込む海面から数10mの有光層である。

作られた高酸素水は海盆に閉じ込められたまま、さつもの海域で作られるが、大西洋南方のウェッデルらに海面で冷やされて同様の過程が繰り返され、海、インド洋南方のアデレー沿岸、太平洋南方のロス

しかし、それより深いところでは酸素は作られない。

深層循環 〜 酸素を運ぶグローバルな海水循環

1,000〜2,000mの深さに達する深い対流が起る。こ海での生成がよく知られている。南極底層水の特性

世界の海の平均水深は4,000mほどであるから、有図2に示す大西洋を南北に切った鉛直断面での溶うして、ますます低温、高塩分、高酸素の海水になり、は、生成場所によって若干異なるが、おおよそ0℃、光層はほんの表皮であり、それを除く海のほとんど存酸素の分布を見ると、高濃度の溶存酸素が大西洋深層水のもとになる水、いわば深層水の源水が生成

塩分34.6〜34.7であり、高密度のために海底に沿っでは、植物プランクトンが光合成をして酸素を作る。

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う圧力の効果を除いた密度の等値面上で起る。このは、名前が流量の単位に使われているノルウェーの等密度面はどちらかというと水平に近いので、この海洋学者スベルドラップによって60年以上も前に明現象は糠味噌を上下に混ぜるのとは異なるが、糠床らかにされた。この発見をきっかけにして海洋循環の撹拌のように酸素を広く供給する働きをしている。の研究は大きく進展した。北太平洋では、偏西風が30〜50 °Nにかけて東向きに吹き、北東貿易風が表中層循環

図3 深層下部（約3,500m以深）の太平洋深層循環。 は深層上部への 図4 深層上部
（約2,000〜3,500m深）の太平洋深層循環。 は表中層へ湧昇で数値は流量を示す。単位はSv（スベルドラップ）
で1Sv=の湧昇、 と は深層下部からの湧昇を示す。数値は流量（Sv）。
106m3/s。LCDWは下部周極深層水を表す
UCDWは上部周極深層水、NPDWは北太平洋深層水を表す

海の表層と中層の海流も熱や物質を運び、酸素なによって時計回りの亜熱帯循環、反時計回りの亜寒どの循環に寄与している。しかし、駆動メカニズム帯循環と熱帯循環が形成されている（図6）。亜熱帯は深層循環とは異なる。2,000m以浅の表中層循環循環と亜寒帯循環の西岸境界流が、それぞれ黒潮とは、海が風から運動エネルギーを受け取ることで生親潮である。同様の表中層循環は世界の海に存在じる。大規模な海流には、地球の自転が作用してコする。特に亜熱帯循環はすべての海にみられ、それリオリの力という見かけの力が働くので、コリオリと風らの西岸境界流が、フロリダ海流や湾流（北大西洋）、の効果で、海面から数10mの厚さのエクマン層に、ブラジル海流（南大西洋）、東オーストラリア海流（南流速が深さとともに急激に減少するエクマン流が生太平洋）、アガラス海流（南インド洋）である。

じる。エクマン流を鉛直方向に積分した実質の海水移動（エクマン輸送）
は、海上風が海水に及ぼす風ストレスに比例する流量をもち、北（南）半球では風向て分布する。

を失い、低酸素で特徴づけられる北太平洋深層水に20°Nより南方を西向きに吹いており、こうした海上風の直角右（左）に向かう。

将来の海
地球温暖化や海洋酸性化が人為の負の影響によることが、強く認識されるようになった。人間活動を南極大陸の周囲には、時計回りの南極周極流が、なる。深層上部では、上部周極深層水が南極周極流

無限に広い海で一定の強さの海上風が一様に吹大幅に抑制できなければ、自然環境の悪化は当分続南極海の強風によって作られている。南下してきたから太平洋に流入し、北太平洋さらにはフィリピン海

けば、エクマン輸送の大きさと向きはどこでも同じにくことになる。そうなると、今以上に海が重要にな

北大西洋深層水と南極底層水は、南極周極流に取りに流入して酸素を供給する（図4）。その一部はフィリなり、エクマン層より下方の海の大半を占める海水はる。海水は非常に大きな比熱と物質溶解度をもつの込まれ、南極大陸を周回しながら周辺の水と混合しピン海で中層に湧昇するが、残りはフィリピン海を出動かず、海水循環は生じない。海水循環が生じるにで、海水の温度や物質濃度が増えると、やがて人間のて南極周極水を形成する。深層の南極周極水は、酸て、南下してくる北太平洋深層水に合流して南極周極は、エクマン層の下端を横切る鉛直流が存在し、下方力では元に戻せない状態になり、人類は破滅を迎え素極小で特徴づけられる上部周極深層水、塩分極大流に戻る。低酸素の北太平洋深層水が南極周極流領域にもエネルギーが入らなければならない。そのる。人類に残された時間を推定するためにも、そのの下部周極深層水、および周極底層水で構成されに流入することで、上部周極深層水の特徴である酸ためには、エクマン流が一様でなく、収束か発散が起臨界点を明らかにすることは重要な課題である。今る。下部周極深層水の塩分極大は、北大西洋深層水素極小が南極周極水に形成される。

る必要がある。エクマン流が収束すれば、エクマンのところ、残された時間がどれくらいなのかは分か層から下方領域への下降流が生じ、発散すれば下方らないが、おそらく悠長に構えてはいられないであ領域からエクマン層への上昇流が生じる。

ろう。

によるものであり、周極底層水は南極底層水の影響を強く受けている。

このように、深層上部と深層下部の南極周極流の一部が北上して北太平洋に流入し、深層下部の深層これらの水の一部が太平洋に流入し、約3,500m水は北東太平洋海盆で湧昇し、深層上部を南下してこうした状況は風ストレスが回転成分をもつ場合に母が毎日糠味噌をかき混ぜてくれたおかげで、私以深の深層下部では、下部周極深層水が西岸境界流南極周極流に戻る。これが、太平洋深層での南北オ実現し、風で起される海流の南北流量は、風ストレスは腐った糠味噌を見たことがない。しかし、へたくそによって太平洋西端域を北上する（図3）。サモア水路ーバーターン循環である。この深層循環によって酸の回転成分に比例することが知られている。これな歌に対する「糠味噌が腐る」という言葉はよく耳に（10°S、170°W）を通過すると、海底地形が複雑になり、深層循環流は東側分枝流と西側分枝流に分かれ素が南極域から北太平洋に運ばれ、北東太平洋海した。海も糠味噌も腐らせてはいけない。これま盆北部で有機物の分解によって消費され、低酸素水での地球がそうであったように、極端なまでの冷却る。東側分枝流の一部はさらに分岐して東向きに流が深層上部を南下して南極域に戻るという酸素循環や結氷が極域で起り、深層水や底層水が作られるとれ、ハワイ島南方を通って北東太平洋海盆に入る。

が形成されている。この循環により、太平洋の溶存いうメリハリのある自然が維持され、すべての深さでそれ以外の東側分枝流と西側分枝流は、日本列島東酸素は図5のような分布になっている。

海水がよどむことなく循環する海であり続けること方の38°N付近で合流し、北海道、千島列島、アリューが、私たち人類にとって必要なのである。海がどの海流による酸素の輸送は、ポテンシャル密度といシャン列島の沖合を通って北東太平洋海盆に流入すような状態になっているのか、そして、どのように変化る。こうして、下部周極深層水は2つの経路を通って北東太平洋海盆に集まり、約2,000〜3,500mの深さ
ゆうしょうの深層上部に湧昇する。
北東太平洋海盆の北部では、亜寒帯域の盛んな生物活動による大量の生物起源有機物が海底に堆積しており、それらが酸素を消費して分解するので、南極域から運ばれてきた酸素の豊富な下部周極深層水は急激に変質し、深層上部に湧昇してさらに酸素
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40˚20˚

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しようとしているのか、を絶えず見極めていく必要が

40˚Nある。海のたゆまぬ監視と研究の発展が望まれる。

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図5 GEOSECS（地球化学海洋断面研究）
データによる太平洋南北断面での溶存酸素の分布（単位は㎖/ℓ）

図6 表中層（約2,000m以浅）の太平洋海洋循環。 は深層上部からの湧昇を示す。数値は流量（Sv）。AAIWは南極中層水を表す＜出典＞
図1： Mantyla、A. W. and J. L. Reid（1983）: Abyssal characteristics of the World
Ocean waters. Deep-Sea Research、30、805-833.
図2、図5： Pickard、G. L. and W. J. Emery（1990）: Descriptive Physical. Butterworth-Heinemann、Oceanography、An Introduction（fifth edition）
Oxford.
図3、図4、図6： Kawabe、M. and S. Fujio（2010）: Pacific Ocean circulation basedon observation. Journal of Oceanography、66、389-403.

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