西南極氷床が気候変動にどのように応答するかは、長期的な海面上昇予測における大きな不確実性の要因です。
不可逆的な喪失の閾値は、産業革命以前の水準から1.5～2℃の間にあると考えられています。
南極大陸は、東部と西部の氷床および半島を合わせて、世界の海面を約60m上昇させるのに十分な氷を保有しています。
西南極氷床（WAIS）は比較的小規模な部分であり、海面上昇に換算すると3.3m に相当する量の氷を含んでいます。しかし、その大部分は不安定な位置にあり、「理論上不安定な」と見なされています。
その結果、人為的な温暖化に対して西南極氷床がどのように変化するかは、一般的に長期的な海面上昇予測における最大の不確実性要因と考えられています。
この不確実性で最も差し迫った点は、氷の不安定化の閾値がすでに越えられたかどうか、現在観測されている後退が今後も続く運命にあるかどうか、そして今日変化が見られない氷が将来も同じ状態を保つかどうかを理解することです。
最新の研究によると、西南極氷床の不可逆的な喪失の閾値は、産業革命以前の水準からの地球平均気温上昇の1.5℃から2℃の間にある可能性が高いとされています。現在すでに気温は約1.1℃上昇しており、またパリ協定は気温上昇を1.5℃、または「2℃を十分に下回る水準」に抑えることを目指していますが、この閾値を回避するための余地は確かに極めて小さい状況です。
海洋氷床
海洋・雪氷圏に関する最近の特別報告書（SROCC）による気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、今世紀に世界の海面がどの程度上昇するかを左右する主な要因が2つあると指摘しています。すなわち、将来の人為的な温室効果ガス排出量と、温暖化が南極氷床にどのように影響するかです。IPCCは次のように述べています。
2050年以降、気候変動によって引き起こされる海面上昇（SLR）の不確実性は、排出シナリオおよびそれに伴う気候変動の不確実性、さらに温暖化した世界における南極氷床の応答により大幅に増大する。
西南極氷床の脆弱性に関する懸念は、主に「海洋氷床不安定性」（MISI）と呼ばれる現象にあります。「海洋」と呼ばれるのは氷床の基部が海面より低いためであり、「不安定性」と呼ばれるのは、一度始まると後退が自己持続的になるためです。
氷床は巨大な淡水の貯水池と考えることができます。内陸の寒冷な地域では雪が蓄積し、徐々に圧縮されて氷河の氷となり、その後非常に粘性の高い流体のように海に向かって流れ始めます。
場所によっては、氷が海岸に達して海面に浮かび、棚氷を形成します。陸面（海洋氷床の場合は海底）に接している氷と浮いている氷の境界は「接地線」と呼ばれます。接地線は、氷床に蓄えられた水が海へ戻る地点です。そして接地線が海側へ移動するとき、氷床は正の「質量収支」を持つといわれます。つまり、海へ失う氷の量より多くの氷を獲得している状態です。
しかし接地線が後退すると、収支は負になります。氷床の収支が負であることは、海洋、ひいては世界の海面に対して正の寄与をすることを意味します。
不安定化
氷床の質量収支に関するこの基本的な図式を理解すれば、なぜ氷河学者がMISIを懸念しているのかが分かります。
接地線の浮いている側にある棚氷の変化（薄化など）は、接地している側の氷を海底から持ち上げる原因になり得ます。この氷が浮くと、接地線は後退します。氷は接地しているときよりも浮いているときの方が速く流れるため、接地線付近の氷の流速は増加します。流速の増加による引き伸ばしが、接地線付近の新たな薄化の原因となります。
これは以下の図に示されています。新たに浮いた氷がより速く流れ、薄くなると、さらに多くの氷を持ち上げて浮かせ、接地線を内陸側へ押し戻すことがあります。
さらに、MISIのリスクがある氷床の領域には、逆勾配、すなわち「逆行」勾配があります。これは内陸に行くほど深くなることを意味します。接地線が氷床のより厚い部分へ後退するにつれて流速が増し、氷の損失がさらに増加します。この逆勾配により、このプロセスは正のフィードバックループとして自己持続的になります。これがMISIを不安定化と呼ぶ理由です。
南極のどこかでMISIの閾値がすでに越えられたかどうかは、まだ明らかではありません。しかし、アムンゼン海沿岸では接地線が後退していることは分かっており、最も劇的なのはスウェイツ氷河です。後退の要因は、比較的温暖な海水（歴史的平均より約2℃高い）が接地線に向かって流れ込み、通常より強い融解を引き起こしていることのようです。
不安定化が まだ始まっておらず、海洋の温暖化が止まれば、接地線は新たな場所で新たな均衡点を見つけるはずです。しかし、すでに不安定化が始まっている場合、その後何が起ころうとも後退は続くでしょう。
流速の増加
閾値がすでに越えられている場合、あるいは将来越えられる場合でも、後退の速度は、後退が始まった時点でどれほど強く「押し」が加わっていたかによって異なり得ます。
その仕組みは次のとおりです。不安定化は氷床内部の力の均衡に依存します。重力による力により、氷は厚さと表面勾配に一部依存する速度で流れます。
浮いている側での融解量が多く、接地線を越える流速が速いほど、より小さい場合よりも氷の表面は速く引き下げられます。この急速な引き下げは、より急な表面勾配を生み出し、その結果、流速と後退が速まります。
モデル研究は、このフィードバックについて昨年発表されたもので、より大きな押し（より大きな融解量）でMISIが始まった場合、より小さい押しで始まった場合よりも、追加の融解が取り除かれた後でも速く進行したことを明らかにしています。
これは、MISIが引き起こされたとしても、世界の排出量を削減し温暖化を抑制することで、その影響への備えに必要な時間をより多く確保できることを意味します。
氷崖
海洋氷床には、棚氷が完全に失われた場合に作用する、2つ目の不安定化の要因があるようです。
氷河変化の最も目覚ましい映像のいくつかは、海に接する氷河の、亀裂だらけの前面からの氷山の分離、すなわち崩れ落ちる様子を捉えたものです。
この分離は、棚氷の下面の融解、そして「水圧破砕」（棚氷表面で生じた融解水が氷に浸透して亀裂を生じさせる現象）、あるいはその両方の組み合わせによって引き起こされます。
分離がどれほど速く起こるかは、水面より上にある氷崖の前面の高さによって決まります。崖が水面より高くそびえるほど、分離速度は大きくなります。
MISIの場合と同様に、西南極氷床の下にある海底勾配が低下していくため、氷崖が厚い氷の内部へ後退すると、海に向かってますます高い崖を露出させ続けることになり、分離速度は増加しなければなりません。
以下に示すこのプロセスは、「海洋氷崖の不安定化」（MICI）と呼ばれます。理論によれば、氷河の前面の高さが海面より約100mを超える場合、崖は自重を支えるには高すぎるとされています。そのため、必然的に崩壊し、その背後にある同様に高い崖面が露出し、それもまた崩壊します。このように連鎖が続きます。
IPCCのSROCCは次のように述べています。「スウェイツ氷河は特に重要である。なぜなら、西南極氷床の内陸部まで広がっており、場所によっては基盤が海面下2000m超にあるからである」。（ただし、SROCCは、MISIが発生するには逆行する基盤勾配が必要である一方、MICIは平坦または海側に傾斜した基盤でも発生し得ると指摘しています。）
この最近特定されたプロセスは、MISIほど十分に研究されていませんが、スウェイツ氷河のような急速に変化する系を科学者が今後も観測し続けるにつれて、今後数年のうちに確実に状況は変わるでしょう。
Nature誌に2016年に掲載されたMICIに関する研究では、南極は「2100年までに1メートルを超える海面上昇、2500年までに15メートルを超える海面上昇に寄与する可能性がある」と結論づけられました。より最近の研究では、これは過大評価である可能性が高いと結論づけられましたが、今世紀においてMICIがどのような役割を果たし得るかは、まだ明確ではないと指摘されています。別の研究では、氷河を押しとどめている棚氷のより緩やかな喪失によって、MICIによる急速な氷の喪失が緩和される可能性も示唆されています。
閾値が近づいている
昨年末、大規模なモデル研究チームが、世界の平均気温上昇を「2℃を十分に下回る」水準に抑えるというパリ気候目標に対する氷床の応答に関する様々な研究を評価しました。
モデルはすべて同じ方向を示しています。すなわち、グリーンランド氷床と西南極氷床の両方における不可逆的な氷の喪失の閾値は、地球平均気温上昇で1.5℃から2℃の間のどこかにあるということです。そして、私たちはすでに約1℃をわずかに超える温暖化の状態にあります。
レビュー論文は、この1.5～2℃の範囲が「南極棚氷の存続」にとって重要であり、ひいてはそれらが支えている氷河に対する「支持」効果にとっても重要であると説明しています。
著者らはさらに、2℃から2.7℃の間に別の閾値がある可能性を付け加えています。世界の気温上昇がこの水準に達すると、「ロス棚氷およびロネ・フィルヒナー流域などのより大規模な複数の系の活性化、およびはるかに大きな海面上昇への寄与の開始」を引き起こす可能性があるとされています。
ロス棚氷とロネ・フィルヒナー棚氷は、南極で最も大きい2つの棚氷です。別の研究によると、世界の排出量がRCP2.6シナリオを超えるシナリオでは、これらは「100～300年以内」に大幅に縮小する可能性があるとされています。別の研究によると、世界の排出量がRCP2.6シナリオを超えるシナリオでは、これらは大幅に縮小する可能性があります。この排出経路は一般的に、温暖化を2℃に抑えることと整合すると考えられています。
これらの知見は、南極の氷の大幅な喪失を防ぐには、世界の排出量をRCP2.6以下に抑えることが必要であることを示唆しています。論文は次のように結論づけています。「これらの閾値を越えることは、大規模な氷床の変化と、完全に実現するまでに数千年を要し、より長い時間スケールでは不可逆となり得る海面上昇へのコミットメントを意味する。」
