image: Upper ocean stratification has been strengthening in a large part of the global ocean since the 1960s. Color shows trends in density difference between the surface and 200-m depth. view more
Credit: Ryohei Yamaguchi
海洋の密度成層とは海水の密度が深さとともに変化する構造を指し、実際の海洋内部には主に水温が海面から深さとともに減少していくことによる密度成層が存在します。海洋中の密度成層は海水を上下方向に混ざりにくくする“バリアー”として働くことで、太陽光は豊富であるが植物プランクの成長に不可欠な栄養が不足している海洋上部の海水と、比較的栄養は豊富だが暗い下部の海水とを隔てています。そのような平均的な海洋の密度成層は、地球温暖化に伴う海水温の上昇速度が海面付近でより速いために上部の海水が下部よりも速く温まる、すなわち密度が小さくなることで強化されていくと考えられていました。しかし、地球温暖化による密度成層の変化シグナルを観測データより有意に検出するには、その変化を海洋が潜在的に持つ 10 年規模の長周期変動と区別するための長期間にわたる観測データの解析が必要です。
東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻の山口凌平博士課程学生（研究当時）と須賀利雄教授は、全世界の研究機関によって採取された海水水温塩分観測のデータベースにおいて、可能な限り多くのデータを用いて、改めて 1960 年代以降の密度成層の変化を詳細に分析しました。その結果、世界の海洋の大部分において、海面から 200 メートル深までの密度成層が、地球温暖化の進行に伴って 1960 年代以降に有意に強化していることを発見しました。密度成層強化の進行速度は海域によって大きく異なり、その空間分布の要因を説明するには、従来の仮説である海水温上昇が海面付近でより大きいことによる効果だけではなく、海洋下部の水温変化と、もう一つの海水密度の変動要素である海水塩分の変化も重要であることがわかりました。また本解析結果は、全球平均の成層強化の進行速度が、IPCC 第 5 次評価報告書および海洋・雪氷圏特別報告書による従来の見積もりよりも速い可能性を指摘しました。
IPPC 第 5 次評価報告書で用いられている地球システムモデルを用いた将来予測では、今世紀末までに、密度成層が強化されることが主な要因となって海洋の基礎生産は大きく低下することが予測されています。本研究の結果に照らし合わせると、海洋生態系を底から支える基礎生産の変化が、すでにこの半世紀のうちに始まっている可能性が示唆され、ひいては近いうちに漁業活動や私たちの食生活へ深刻な影響を与えることも懸念されます。地球温暖化の進行に伴う海洋の水温および塩分の変化がどのように海洋生態系へ影響を及ぼし、将来の変化を引き起こすかを理解するためには、引き続き海洋の状態を様々な観測プラットホームによって監視し、その変動メカニズムを深く理解していくことが不可欠であると考えられます
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