近年の衛星技術の進歩により、科学者は地球の氷床の融解を驚くほど詳細に把握できるようになった。
氷床は流動しながら下にある岩盤を削り形作るため、融解後もその活動の痕跡を残し、貴重な情報をもたらす。
巨大なトンネルの萌芽は数十年以内に現れ、そうでなければ氷の海への流れを加速させたであろう水を排出する。
これらの知見は、今日の氷床が今後数十年から数世紀にわたってどのように変化していくかを科学者が予測する助けとなる。
表面の融解水が氷床の底部に至るまでの経路、およびそこで直接融解した水は、氷床の流動を調節する上で重要な役割を果たしている。最終的に、この水は氷が海へ流れ込む速度を左右し、海面上昇の一因となり得る。
しかし、衛星による観測記録はわずか数十年分しかないため、今世紀末およびその先まで続く持続的な地球温暖化に対して、このプロセスがどのように反応するかは分からない。
新たな論文「Quaternary Science Reviews」において、氷河期の終わりに古代の氷床の下で「トンネル谷」と呼ばれる巨大な水路が削り取られた過程を示している。
場合によっては、これらの水路は氷床が後退する中で、わずか数百年で形成された。氷床の下から水が急速に排出され、そうでなければ氷の海への流れを加速させ、氷の損失を増大させていたはずである。
重要な問いは、温暖化と融解が続く中で、地球に残る氷床はどのような運命をたどるのか、ということである。
これらのトンネル谷が形成される驚くほど速い速度は、今日の氷床が今後数十年から数世紀にわたってどのように変化していくかのモデルにおいて、科学者がその影響を考慮し始める必要があることを意味している。
氷の融解
氷床は融解する際に膨大な量の水を生み出す。2022年には、180億トンの融解水がグリーンランドの氷床から、わずか3日間で流出した。これはウェンブリー・スタジアム4,500個分を満たすのに十分な量である。ウェンブリー・スタジアム。
この融解水は氷床の上を流れる河川を通って流れ、巨大な湖に溜まる。その後、氷床を完全に貫通して割れ目を生じさせ、世界最大級の水力発電ダムに匹敵するほどのエネルギーを解放することがある。
融解水が氷床の底部にたどり着くと、氷と、氷が滑ってゆく岩盤との接触面を潤滑にし、氷が海へ向かう流れを加速させる。その結果、海面は上昇する。
グリーンランドの氷床は、記録上最大の9月の融解現象を経験したばかりである。記録上最大の9月の融解現象。これは通常、真夏にしか見られない現象である。
融解期は今後さらに長く、かつ激しくなると予測されており、地球の氷床の底部における水量の増加がもたらす影響、その水の流路、そしてその水がどれほど速く排出されるかを理解することは、氷の損失および将来の海面上昇の速度を予測する上で重要となるだろう。
古代の氷床の研究
衛星による記録は過去40年間の氷床に関する詳細なデータを提供しているが、過去数百万年間の地質学的記録には、過去の氷河期における氷床の成長と消滅の複数のサイクルの証拠が残されている。
さらに、衛星は氷床表面の変化を容易に観測できるものの、場所によっては数キロメートルの厚さに及ぶ氷の下で何が起きているかを調べることは極めて困難である。
将来、氷床が示しうる、あるいは示す可能性のある行動の全範囲を理解するためには、はるかに長い時間スケールで氷床がどのように変化するかを考慮する必要がある。
氷床は流動しながら下にある岩盤を削り形作るため、融解後もその活動の痕跡を残す。これらの地形は、氷床の最も暗く、最も近づきがたい深部で何が起きているかについて、多くを物語っている。例えば、その下を流れる水の経路やその影響などである。
かつては、現在よりもはるかに広い地域が氷床に覆われていた。寒冷な過去の気候条件下では、氷床は中緯度地域まで広がり、英国を含むヨーロッパの一部を厚い氷の層で覆っていた。
地球の軌道の周期的な変化地球の軌道の周期的な変化により太陽の周りで気候が温暖化すると、これらの氷床は融解・消滅し、その最期の痕跡が地質学的記録の一部として残された。
「トンネル谷」と呼ばれる数千もの巨大な水路は、英国・アイルランドおよびヨーロッパの氷床が消滅する過程で、逃げ出す融解水によって削り取られたものであり、現在は泥の下に埋もれ、北海の海底に存在している。
下の地図に示されているこれらの水路は、最長で150キロメートル（km）、幅6km、深さ500メートルに及ぶことがあり、いずれもスコットランドのネス湖の数倍の規模を持つ。
人為的な気候変動により、自然に寒冷な極地気候にある地球最後の残存氷床の縁辺部では、約2万年前に始まった最終氷期の融解期に、より低緯度にあった氷床を融かしたものと類似した状況が生じつつある。
氷床の融解によって生じた巨大な水路を分析することは、より温暖な未来の世界を垣間見る手がかりとなり、グリーンランドや、さらには南極大陸が将来どのように反応しうるかについての教訓を得るために活用できる。
古代の氷床の最期
私たちの以前の研究では、北海の石油・ガス探査の過程で、掘削時の危険を検知するために当初収集された地震探査データを転用し、地球表面下の地質層の画像を提供した。
このデータを用いて、極端な温暖期においてトンネル谷が氷床の流動に影響を与えていることを示した。以下の画像は、北海の海底を剥ぎ取ることで明らかになった、そのようなトンネル谷の一つを示している。赤と黒の交互の線は、海底下に積み重なる泥と岩の層を示している。
しかし、依然として差し迫った疑問が残されていた。巨大なトンネル谷はどのようなメカニズムで、どれほど速く削り取られたのか。融解水はトンネル谷を通ってどのように排出されるのか。そして、水がトンネルを通って排出される際、その上の氷はどのように反応したのか、という点である。
これらの疑問に取り組むため、私たちの新たな研究は、トンネル谷に関する最先端の地震探査データと、新たな再構築を組み合わせたものである。この再構築は、最終氷期に英国を覆っていた氷床が、気候の温暖化に伴ってどのように消滅したかを記録している。この古代の氷床は、融解時に海面を1.8メートル押し上げ、この再構築は、世界のどこにおいても氷床の後退について最も十分に記録された例を提供している。
以下のアニメーションは、31,000年前から15,000年前までのこの氷床の形成と消滅を示している。各画像は、氷床の形状が1,000年ごとにどのように変化し、英国（画像中央）、北海（画像中央右）、スカンジナビア（画像右）にわたって成長し後退していくかを示している。氷床の色は氷の流速を表しており、青は流動の遅い氷、赤は流動の速い氷を示している。
新たな知見
地質学的証拠と数値モデルのシミュレーションを組み合わせることで、極端な温暖期にある氷床の下では、わずか数百年から数千年のうちに巨大なトンネル谷が侵食されうることを示している。
これは、主として侵食力が非常に強く流速の速い水が、氷床の底部に形成される小規模な水路において谷を削り取るためである。一方、その上の谷の大部分は氷で満たされ、水路内の水を加圧している。
これは以下の図に示されており、氷床の底部での融解と、「ムーリン」（流水によって氷に形成された垂直の竪坑）を介して底部に到達する表面の融解水によって供給される水路を図解している。
数百年というと長い時間に聞こえるかもしれないが、このプロセスは氷床のライフサイクルに比べると非常に速い。これらの巨大なトンネルの萌芽は数十年以内に現れ、そうでなければ氷の海への流れを加速させたであろう水を排出する。
従来、氷床の下からの水の排出は、氷床の基盤から潤滑水を除去することで氷の流動を安定させると考えられてきた。論理的には、温暖な気候の中で融解速度が上昇し、現代の氷床が壊滅的な崩壊の要因となり得る場合、トンネル谷の急速な形成がそれを緩衝する可能性があるということになる。
しかし、事はそれほど単純ではない。私たちが行った詳細な3D地震スキャンは、トンネル谷の中で、突然停止したという意味で滞留した氷と、同時に急速に流動した氷の両方を示す特徴的な痕跡を示している。
