新たな研究は、気候変動によって湖の熱波がより頻繁に、より強く、より長く続くようになっていると警告している。
湖の熱波とは、表層水温が「極端に高い」状態が少なくとも5日間続く期間と定義される。
新たな研究によると、今世紀末までに湖の熱波は最大12倍長くなり、気温は最大1.7℃上昇する可能性がある。
湖の熱波が続けば、生物種の数が減少し、大量死のリスクが高まるなど、深刻な生態系への被害を招くおそれがある。
新たな研究は、気候変動によって「湖の熱波」がより頻繁に、より強く、より長く続くようになっていると警告している。
Natureに掲載されたこの研究は、Nature今世紀末までに湖の熱波が3～12倍長くなり、気温が0.3～1.7℃上昇する可能性があると示している。
著者らは、湖の水温が上昇するにつれて、過去の熱波は「もはや極端な現象ではなくなり、新たな日常になる」と警告する。場合によっては、排出量の少ないシナリオでも、今世紀末までに「恒常的な熱波状態」に達する湖が現れる。
筆頭著者はCarbon Briefに対し、「一部の湖の生態系に壊滅的な被害が生じ、生態系群集に不可逆的な影響を及ぼす可能性があるほか、生存を湖に依存する地域社会にも重大な影響を与える」と予想していると語った。
湖の熱波とは？
論文によると、「湖の熱波」は、海洋熱波と同様に、表層水温が「極端に高い」状態が少なくとも5日間続く期間と定義される。この基準は90パーセンタイル、つまり基準となる気候では水温がこの値を超えるのは全期間のわずか10％であることを意味する。湖ごとに平均的な気候が異なるため、この基準は世界各地の湖によって少しずつ異なる。
湖の熱波はまだ非常に新しい概念だと、筆頭著者のリチャード・ウールウェイ博士は、欧州宇宙機関からCarbon Briefに語った。
「この研究の主な新しさは、湖の熱波という概念を導入したことです……この研究では、熱波が湖でも頻繁に発生し、気候の変動に非常に敏感であることを初めて示しました。」
新たな研究では、世界各地の702の湖を対象に、気候変動が熱波の強度、頻度、継続期間に及ぼす影響を調べた。衛星観測と、4つの気候モデルによって駆動される淡水湖モデル（PDF）のシミュレーションを用いて、20世紀から21世紀にかけての日ごとの表層水温を再現している。
下の表は、20世紀末（1970～99年）の湖の熱波の平均強度と継続期間、および21世紀末（2070～99年）の予測値を示している。21世紀末の予測には、排出量が少ないRCP2.6シナリオと、排出量が非常に多いRCP8.5シナリオの2つを示している。
この研究では、湖の熱波を強度に応じて分類し、中程度、強い、深刻、極端の4段階に分けている。下の図は、3つの異なる排出シナリオ（今回はRCP6.0も含む）のもとで、1900年から2100年までの各強度における「熱波日数」の年間合計をシミュレーションしたものだ。
RCP2.6、RCP6.0、RCP8.5の各シナリオについて、1900～2100年にシミュレーションされた、中程度、強い、深刻、極端な「熱波日数」の世界平均年間件数。データはWoolwayほか（2021年）による。Carbon BriefがHighchartsを用いて作成した図。
20世紀を通じて、世界全体で湖の熱波は年間平均約15日あり、その大半は「中程度」に分類される。しかし、検証した3つすべての排出シナリオで、湖の熱波日数は2000年以降、大幅に増加する。
最も排出量の少ないRCP2.6シナリオでは、21世紀末までに年間の熱波日数は100日弱となり、4つの強度区分にほぼ均等に分布する。一方、最も排出量の多いRCP8.5シナリオでは、21世紀末までに年間200日を超え、その大半が「極端」に分類される。
恒常化する湖の熱波
湖の表層水温が1年を通じて基準温度を継続的に上回ると、その湖は「恒常的な熱波」状態に入る。下の図は、調査対象の702の湖のうち、21世紀中にこの状態に達すると予測される湖の数を示している。
過去のデータは黒、排出量が少ないRCP2.6シナリオは青、中程度の排出量のRCP6.0シナリオはオレンジ、排出量が多いRCP8.5シナリオは赤で示されている。
2000年以前に恒常的な熱波状態に達した湖は、調査対象の中に一つもなかった。しかし21世紀末までには、最も排出量の少ないRCP2.6シナリオでも、調査対象の一部の湖が恒常的な熱波に見舞われる。
最も排出量の多いシナリオでは、調査対象の702湖のうち81湖が2099年までに恒常的な熱波状態に達する。キャサリン・オライリー博士は、研究には参加していない、イリノイ州立大学の地質学准教授で、この発見の重要性についてCarbon Briefに語った。
「これほど多くの湖が、実質的に恒常的な『熱波』状態になることにも驚き、少し恐ろしく感じました。そうした状況で湖の環境に大きな変化が起きないとは考えにくいです。まるで別の惑星に住むことになるようです。」
この研究によると、表層の熱波は、深さ60メートルまでの深い湖では浅い湖より長く続き、強度は低い。深い湖は熱を分散できる水の量が多いためだと、ウールウェイはCarbon Briefに語った。
「これを熱慣性と呼びます。重い列車が車のような軽い乗り物より加速や減速に時間がかかるのと同じで、深い湖は浅い湖よりもゆっくり温まり、ゆっくり冷えます。そのため熱波の強度は低くなりますが、長く続きます。」
オライリーは、この熱慣性が重大な環境影響をもたらす可能性があると指摘する。特に深い湖ではその影響が大きい。
「湖に関する問題の一つは、熱波が大きな影響を及ぼした場合、湖がどれほど容易に回復できるか分からないことです。深い湖は回復がより難しいかもしれません。著者らは水温についてこの点を指摘していますが、湖の環境のほかの側面にも当てはまるかどうかは、今後確かめる必要があります。」
湖の熱波が最も深刻なのはどこか？
この研究によると、対象となった702の湖は、表層水温の季節パターンに基づいて「熱的地域」に分けられる。例えば、エチオピアのタナ湖は、青ナイル川の源流であり、低標高の「南部高温」湖に分類される。一方、スコットランドのローモンド湖は、高標高の「北部冷涼」湖である。
左の地図は湖とその熱的地域を示し、右の図は9つの熱的地域について、湖の平均表層水温の年間パターンを示している。
表層水温の変動が大きい湖は、一般に高緯度地域にある一方、低緯度の熱帯湖では変動が小さい。また、この研究によると、高緯度の湖では低緯度の湖よりも強い湖の熱波が発生する傾向がある。
湖の熱波がより強く、長く続くようになるにつれて、発生する時期も一年の中で変化し始めている。論文は、排出量の多いシナリオでは「湖の熱波はもはや単一の季節に限られず、複数の季節にまたがるようになる」と説明している。
湖の熱波がもたらす影響
湖の熱波によって、湖に生息する個々の種の数が「場合によっては深刻なほど」減る可能性があると、ウールウェイはCarbon Briefに語った。また、熱波は「すでに水生生物をこれまでにない、場合によっては致死的な環境にさらしており、魚の大量死などの大量死事象のリスクを高めている」と付け加えた。
さらにウールウェイによると、湖の熱波は、例えば「毒素を産生するシアノバクテリア」などの藻類の大量発生を促す可能性がある。これらは「家畜、ペット、人間の健康に深刻な脅威をもたらし、安全な飲料水や灌漑用水の供給にも影響を及ぼす」おそれがある。
実際、湖で極端な高温が続く期間は、海洋や陸域の熱波よりも深刻な生態系への影響をもたらす可能性があると、研究には参加していない、オーストラリアのアリスター・ホブデイ博士は語る。博士はオーストラリア連邦科学産業研究機構（CSIRO）の研究部門長である。ホブデイはCarbon Briefに次のように語った。
「海洋や陸上の生態系では、熱波でストレスを受けた多くの種が、より冷たい水域へ移動できます。境界が明確な湖では、唯一の避難先は、より深く冷たい水域です……そのため、湖の熱波による生態系への影響は、海洋よりも生物にとって深刻になると考えられます。」
すでに生息可能な最高水温に近い地域の水生生物は、湖の熱波から特に大きな影響を受けると論文は述べている。
ホブデイは、この研究が湖の管理者による「熱波への対応計画」に役立つ可能性を指摘する一方、長期的には「熱波の頻度、深刻さ、継続期間を減らす唯一の方法は、温暖化を抑えることだ」と述べている。
エレノア・ジェニングス博士は、研究の共著者で、アイルランドのダンドーク工科大学に所属する。湖の熱波について知るだけでは「十分ではなく」、行動に移されなければならないと付け加えた。
「非常に劇的で極端な変化が起こり得ると知るだけでは十分ではありません。湖やそこに生息する種に及ぶ最も極端な影響の一部であっても回避するには、この知識を個人と政府の行動につなげなければなりません。」
