南極海では大量の海氷（海水が凍った氷）が生成さ

文・図版

大島 慶一郎 おおしま けいいちろう

れ、その時にできる塩分の高い重い水が南極底層

北海道大学低温科学研究所教授

水として、世界中の深海に拡がっていき、世界を巡

1985年、北海道大学大学院理学研究科地球物理学専攻博士課程中退。北海道大学低温科学研究所助手を経て、る大規模な海洋循環がつくられます。ここでは、最2008年より現職。理学博士。専門分野は海洋物理学、極域海洋学。南極海やオホーツク海などの極域・海氷域

近の日本の観測により発見された、未知の南極底層の海洋を研究対象とする。1990〜1992年、日本南極

水生成域について紹介します。

地域観測隊隊員として昭和基地にて越冬。
（2008年、氷山をバックに南極海にて）

海洋深層循環 −約2000年で世界の海を一巡り−
世界の海洋の深層まで及ぶ最も大きな循環は、重い水がの沈み込みが弱くなったり、沈み込む場所が変わったりすると、海洋深層循環が変わってしまいます。そうすると、海のわ沈み込みそれが徐々に湧き上がってくる、という密度差によもっている熱容量は非常に大きいので、地球上の気候が激る循環です。海水の密度は低温ほど大きいので、重い水の変することになります。実際に、古い過去には深層循環が潜り込みは寒冷な海で起こります。世界中の海の深層水のいまのものとは異なっている時期があり、そのために当時の元となる重い水は北大西洋北部と南極海の 2か所で潜り込気候が現在とは大きく異なっていたことが示唆されています。

み、それぞれ北大西洋深層水、南極底層水とよばれていま

北大西洋深層水については、その生成域が米国・ヨーロッす（図1）。この深層への潜り込みが起点となり、約2000年パに近いため観測・研究数も多く、実態はかなりわかってで世界の海洋を一巡りするゆっくりした循環、「海洋深層循

きていますが、アクセスが困難で観測が難しい南極底層水環」がつくられます。海洋の密度は塩分によっても決まり、に関しては、まだわかっていないことも多いのです。たとえ深層への潜り込みが北太平洋では起こらず北大西洋でのみば、南極底層水が南極海のどこでどれくらい生成されてい生じるのは、北大西洋の方が塩分が高いからです。海水のるかについても、必ずしもよくわかっているとはいえません。

密度は温度（熱）と塩分で決まることから、この密度差によ

図2は、いままでの研究から南極底層水の生成域とその流る深層循環は熱塩循環ともよばれます。

出経路を模式的に示したものです3。南極底層水の生成域二つの深層水のうち最も重い水である南極底層水は世界は、ロス海・ウェッデル海・アデリーランド沖が三大生成域中の底層に拡がっており、冷たさ（負の熱）を全球に輸送しとして知られていました。しかし、フロンの観測などが行わています （図 1 ）。最近の研究では、南極底層水の存在量れるようになると、底層のフロンの分布などから、東南極は北大西洋深層水の 2 倍程度と見積もられています 。太平にもそのソースがあることが示唆されています。図 2で矢印

洋では2000 m以深の水は 2 ℃以下であり、そのうちかなりに示されるように、アメリー棚 氷 域がその候補として挙げらの部分は南極底層水起源の水で占められています。重い水れていましたが、決定的証拠は得られていません。

1

2

図1 世界の水深4000m以深の海底付近における水温分布と深層水の流れ。紫と緑の矢印は、南極底層水と北大西洋深層水の流出経路。○
× は深層水が潜り込む場所。
（Gordon（2001）1 を加筆・修正。北海道大学低温科学研究所・北川暁子作成）

たなごおり

図2

南極底層水の生成域と流出経路。
（Orsi et al.（1999）3 を参考に北海道大学低温科学研究所・青木茂作成）

編集部注：文中、敬称は略させていただきました。

9図6 南極海ケープダンレー沖峡谷（図5の赤棒の地点）での、水温と流速ベクトル（上が北向きで水深の大きい方向）の1年間（2008年2月から2009年1月）（北海道大学低温科学研究所・深町康作成）の変化。

は図 2 参照）では、この 30年間で底層水が低塩・低密度化
図3

南極海での沿岸ポリニヤの模式図（Morales Maqueda et al.（2004）4 を参考に描画）図4

南極海における年積算の海氷生産量のマッピング（厚さに換算)。
（Tamura, Ohshima and Nihashi（2008）5 を一部加筆）

図5 2009年1月海鷹丸で観測された、ケープダンレー沖での水温（左）と溶存酸素（右）の断面図（東京海洋大学・北出裕二郎、平野大輔作成）していることが明らかになってきました６,７。これは、重い水の潜り込みが弱まっていることを示唆し、底層水生成が減少し、全球にも及ぶ深層循環が弱化に向かう可能性を示唆

沿岸ポリニヤ −海氷と重い水の生産工場−

れるのは、ロス海に次ぐ第 2 の海氷生産海域が、アメリー点で長期間連続してデータを取得する観測手法です。図 6

南極底層水の生成において最も重要になってくるのが、棚氷西方に位置するケープダンレー沖（位置は図 2も参照）

は、ケープダンレー沖の（重い水の通り道と予想した）峡

この原因としては、ロス海のポリニヤでの海氷生成の減

沿岸ポリニヤとよばれる場所での大量の海氷（海水が凍っのポリニヤであることがわかったことです。海氷生産が高い

谷沿いに設置した係留系で得られた、底層での水温と流速少も関係している可能性が挙げられていますが、量的にそた氷）生産です （図 3）。海氷が生成されるとき、海水の塩ということは、重い水をつくり得るということで、私たちはの 1 年間の変化を示しています。海氷生産が盛んになる冬れだけでは説明できません。顕著な低塩化はロス海の中層分の大半は氷からはき出されるので、塩分の高い、重い水

この研究から、ケープダンレー沖が東南極にあるはずの未期に低温（高密度）の水が到来し、それに同期して峡谷をや上層でも生じており、それも考え合わせると、底層水のがつくられます。この重い水こそが南極底層水の元となって知（第4）の南極底層水生成域であると予想しました。

下る流れが一気に強くなっていることがわかります（図 6 矢

低塩・低密度化は西南極における氷床融解量の増加による印）。まさに、海氷生成によって重い水が潜り込み、南極底のではないか、というのが現在考えられている最も有力な層水として拡がっていく過程を直接とらえたわけです。係留説です。氷床とは、南極大陸を覆う氷塊で、降った雪が圧4いるのです。沿岸ポリニヤとは、風や海流によって生成された海氷が次々と沖へ運ばれて薄氷域が維持される場所です。

未知の南極底層水生成域を探るしているともいえます。

通常、海氷は、ある程度厚くなると自らの断熱効果の働き

ケープダンレー沖では本当に南極底層水ができているの系観測からは、低温・高密度の水がほぼ 4日周期で脈動し縮されて氷となったものです。また、氷床が海に押し出さによって、それ以上は成長しません。しかし、沿岸ポリニでしょうか？ 私たちはそれを明らかにするための観測プロて下ることや、底層水の厚さが 300m以上にもなることなど

れ海岸周辺に固着して海に浮いているものを棚氷といいま

ヤでは、十分成長しないうちに海氷が運び去られるため薄ジェクトを提案し、それが認められて2008〜2009年に海洋もわかりました。

す。ごく最近の衛星を使った研究によると８、この氷床と棚氷域が維持され、大量の熱が大気によって奪われ、海氷が研究開発機構の白鳳丸と東京海洋大学の海鷹丸によって、実は、ケープダンレーは、南極昭和基地の東方1200 km

氷の量が西南極で大きく減っていることがわかってきまし

活発に生産されることになるのです。ここでの海氷生産がこの海域での集中海洋観測を行いました。その結果、「予にあり（図4）、日本南極地域観測隊の行き帰りの経路沿いた。これは、棚氷が海で融解する量や氷山として流出する南極底層水の生成の鍵を握っているわけですが、冬期の想通り、ここで底層水ができている！」という証拠を、ついにあります。現在、日本南極地域観測隊では、より詳細な理量が増加していることを意味します。これらの氷が融解する沿岸ポリニヤの現場観測は、沖に厚い海氷が広がっているに得ることができたのです。

解をめざし、ケープダンレーポリニヤをターゲットにしたプロと、海水は低塩・低密度化し、それが南極底層水の生成にため非常に難しく、南極海のどこでどのくらい海氷や重い水

2009年1月（南極の夏）に行われた海鷹丸による観測でジェクトが進行中です。このプロジェクトでは、①南極底層水も影響している、というのが考えられているシナリオです。

が生成されているのかはまったくわかっていませんでした。

は、ケープダンレー沖周辺の多数の点で、海底までの海の量がどれくらいできているのか？ ②なぜこのような大きなこのような氷床・棚氷と海洋との相互作用に関しては、ま水の性質の詳細な観測を行いました。図5はその結果の一ポリニヤができ、大きな海氷生産が生ずるのか？ ③図4 のだよくわかっていないことが多く、今後この分野の研究のつで、ポリニヤ沖での水温と溶存酸素（海水中に溶け込んような衛星で求めた海氷生産量の見積もりがどの程度正し進展が望まれます。

そのようななか、私たち研究グループでは、宇宙から人工でいる酸素濃度）の断面図です。表面で大気に接しているいか？ ④底層水生成に伴う物質循環・生態系への影響

衛星（マイクロ波放射計）を使って薄氷（ポリニヤ）域を検水には酸素が豊富に含まれていますが、それが潜り込むと、は？ などをテーマに、さらなる研究・観測が進められています。

知し、そこでの氷厚を推定して大気より奪われる熱を計算

酸素は生物活動に使われるので減少していきます。図5で、し、海氷生産量を見積もるという新しいアプローチを開発

海底斜面に沿って底層にみられる低温で酸素濃度の高い水

南極底層水にみられる予兆 −深層循環は弱まる？−

しました。冬期の海氷の生産量はどれだけ大気に熱を奪わは、表層から低温の水が潜り込んで間もないことを示して温暖化の影響を最も受けているのは北極海で、北極海のれたかで決まります。その奪われる熱は海氷の厚さによっいます。この層の密度は南極底層水の密度に達しており、夏の海氷面積は10年に約10％もの割合で激減しています。ておおむね決まる（薄いほど多く熱を奪われる）ことを利用

この海域周辺で潜り込みが生じて南極底層水が生成されて南極海でも温暖化による影響や気候変動にかかわるようなしたのです。このようにして、南極海での年積算の海氷生産いることを示唆しています。

大きな変化があるのでしょうか。南極海は海氷面積に関し宇宙から海氷生産量を計る【引用文献】

量の分布（マッピング）を初めて示したのが図 4 です5。海プロジェクトでは、係留系観測によってさらに決定的な証ては（衛星によって正確な観測ができるようになってからの氷生産のほとんどが沿岸ポリニヤで行われていることや、拠を得ることができました。係留系観測とは、海底に設置30年間）はっきりした減少はみられていません。しかし、そおもり

南極底層水の主生成域であるロス海のポリニヤで最大の海した錘からロープを立ち上げて一番上に浮きを付けて張り、の一方で、断片的データながら、南極海の中ではデータが氷生産量があること、などがよく表現されています。注目さそのロープに水温・塩分計や流速計などを固定して、同じ比較的そろっているロス海やオーストラリア南極海盆（場所10No.4 2010 (Vol.3)

1. Gordon, A. L. : Bottom water formation, Encyclopedia of Ocean Sciences,Vol. 1, Academic Press, 334-340（2001）
2. Johnson, G. C. : Quantifying Antarctic Bottom Water and North Atlantic
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4. Morales Maqueda, M. A., A. J. Willmott, and N. R. T. Biggs : Polynya
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5. Tamura, T., K. I. Ohshima and S. Nihashi : Mapping of sea ice production
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6. Aoki, S., S. R. Rintoul, S. Ushio, S. Watanabe, and N. L. Bindoff :Freshening of the Adelie Land Bottom Water near 140°
E, Geophys. Res.
Lett., 32, L23601（2005）
7. Rintoul, S. R. : Rapid freshening of Antarctic Bottom Water formed in theIndian and Pacific oceans, Geophys. Res. Lett., 34, L06606（2007）
8. Chen, J.L. et al. : Accelerated Antarctic ice loss from satellite gravity
measurements, Nature Geoscience, doi:10.1038/NGEO694（2009）

イラスト（図3）：株式会社日本グラフィックス

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