北極海は世界の海洋のうち最も小さく、最も浅く、最も寒い海である。
北極は地球上のほかのどの地域よりも2～3倍速く温暖化しており、北極海に大きな変化をもたらしている。
温暖化する海水は、一部の種をより北へ引き寄せることから、海中での昆布の森の拡大に至るまで、奇妙な影響を及ぼしている。
また、より多くの光が差し込むことを可能にしており、科学者たちは極夜が生態系の活動にとって実は極めて重要であることを発見した。
面積わずか1,400万平方キロメートル強の北極海は、世界の海洋のうち最も小さく浅い海である。また、最も寒い海でもある。広大な海氷の筏がその中心付近に浮かんでおり、長く寒く暗い冬には拡大し、太陽が空高く昇る夏には縮小する。
毎年、通常9月になると、海氷域は最小規模まで縮小する。2020年の記録は、わずか374万平方キロメートルで、42年間で2番目に小さい値であり、1980年当時のおよそ半分であった。気候が温暖化するにつれ、北極が保持する氷は年々減少している。
地球温暖化の影響は世界中で感じられているが、その影響が北極ほど劇的な場所は地球上のどこにもない。北極は2～3倍の速さで地球上のほかのどの地域よりも温暖化しており、北極海、その生態系、そして北極に暮らす400万人の人々にまで及ぶ広範な変化をもたらしている。
その中には予期せぬものもある。温暖な海水は一部の種をより高緯度の北へと移動させている。薄くなった氷は、クルーズ船、貨物船、調査船によって、より多くの人々を北極圏へ運んでいる。氷や雪は、その下の海面をほぼ完全に覆い隠すことができるが、気候変動によってより多くの光が差し込むようになっている。
極夜における人工光
北極では光が非常に重要である。北極海の食物網の基盤を形成する藻類は、日光を糖と脂肪に変換し、魚を育て、ひいては鯨、ホッキョクグマ、そして人間を養っている。
北極の高緯度地域では、冬の最も深い時期に太陽が24時間にわたって地平線の下にとどまる。これは極夜と呼ばれ、北極点では、一年が六か月続く一日と、それに続く同じく六か月の夜となる。
氷の減少が生態系に及ぼす影響を研究していた研究者らは、2006年の秋、フィヨルドが凍結する前に、北極のフィヨルドにブイ付きの係留式観測装置（ブイを備えた係留式計測機器）を設置した。2007年の春にサンプリングが開始された時点で、係留装置は約6か月間設置されており、長く厳しい極夜の間もデータを収集し続けていた。
そこで検出されたものが、すべてを変えた。
暗闇の中の生命
当時、科学者たちは極夜が全く興味を引かないものだと想定していた。生命が休眠し、生態系が暗く凍てつく待機状態に沈む、活動の止まった期間だと考えられていたのである。これらの測定から多くの成果は期待されていなかったため、データが生命がまったく止まらないことを示したとき、研究者らは驚いた。
藻類を食べる微小な動物である北極の動物プランクトンは、「日周鉛直移動」と呼ばれる現象を、氷の下で、そして極夜の真っただ中に行っている。世界中のすべての海の海洋生物がこれを行っており、日中は暗闇で捕食者から身を隠すために深部へ移動し、夜間は餌を取るために浮上する。
生物はこれを行う際に光を手がかりとするため、論理的には極夜の間にはこれを行えないはずである。現在では、極夜は大賑わいの生態活動の時期であると理解されている。暗闇の中でも日常のリズムは続いている。二枚貝は周期的に殻を開閉し、海鳥はほぼ真っ暗な中で狩りをし、ゴーストシュリンプや巻貝は昆布の森に集まって繁殖し、ヘルメットクラゲのような深海性の種は、捕食者から安全でいられるほど暗くなると浮上する。
この期間に活動する生物の大半にとって、月、星、オーロラは、行動を導く重要な手がかりとなっている可能性が高い。特に海氷に覆われていない北極の地域ではそうである。しかし、北極の気候が温暖化し、地域での人間活動が活発化するにつれ、これらの自然光源は、はるかに強い人工光に押しのけられ、多くの場所で見えなくなるだろう。
人工光
ほぼ4分の1の陸地が、夜間に散乱した人工光にさらされている。これは光が反射されて大気から地表へ戻ってくるためである。真に暗い場所はほとんど残っておらず、都市、海岸線、道路、船舶からの光は、宇宙空間まで届くほど見える。
北極の人口がまばらな地域でも、光害は顕著である。海氷が後退するにつれ、航路、石油・ガス探査、漁業がこの地域へと広がり、本来は真っ暗な極夜に人工光が持ち込まれている。
これらの変化に十分適応する機会を得た生物はいない。進化ははるかに長い時間スケールで進むためである。一方で、地球、月、太陽の調和のとれた運動は、数千年にわたり北極の動物たちに信頼できる手がかりを与えてきた。移動、採餌、繁殖といった多くの生物学的イベントは、その穏やかな予測可能性に高度に順応している。
最近の研究では、ノルウェー本土と北極点の間の高緯度北極の群島、スヴァールバル諸島で実施された調査において、研究船の船上照明が、少なくとも水深200メートルまでの魚類および動物プランクトンに影響を与えることが判明した。突然の光の侵入に驚いた水面下の生物は激しく反応し、ビームに向かって泳ぐものもいれば、激しく逃げ去るものもいた。
海氷のない北極を新たに航行する船舶からの人工光が、現代の人類が存在するより長い間暗闇を経験してきた極夜の生態系に与える影響を予測することは難しい。北極における急速に増大する人間の存在が生態系にどのような影響を与えるかは懸念されるが、研究者にとっても厄介な問いがある。北極について収集してきた情報の多くが、明るく照らされた船に乗った科学者から得られたものであるならば、私たちが報告してきた生態系の状態はどれほど「自然」なのだろうか。
北極の海洋科学は、完全な暗闇の中で測定を行い、光なしで稼働できる自律型および遠隔操作型プラットフォームの登場により、新たな時代に入ろうとしている。
水中の森
海氷がグリーンランド、ノルウェー、北米、ロシアの海岸から後退するにつれ、開水域の期間は長くなり、より多くの光が海底に届くようになっている。突然、20万年間にわたり氷の下に隠されてきた沿岸生態系が日の目を見るようになった。これは、十分な光と栄養分のある冷たい水域で繁茂する、大型の褐藻類などの海洋植物にとって非常に良いニュースとなる可能性がある。
海底に固着し、潮汐と海流によって浮遊する昆布の一部の種は、最大50メートル（175フィート）まで成長することがある。これはロンドンのトラファルガー広場にあるネルソン記念柱とほぼ同じ高さである。しかし、昆布は通常、海氷による日陰や、海底を削り取る効果のため、最も高緯度の地域からは除外されている。
海氷が縮小するにつれ、これらの豊かな水中の森は成長し、繁茂していく見込みである。ただし、昆布は北極にとって新しく現れた存在ではない。かつては伝統的なグリーンランドの食生活の一部であり、極地の研究者や探検家が、1世紀以上前に北部の海岸でこれらを観察していた。
一部の昆布の種は、最終氷期の後に北極の海岸へ定着したか、生き延びていた小さな生息地から広がった可能性がある。しかし、北極の昆布の森の多くは、カリフォルニアの海岸のような米国沿岸を縁取る広大な海藻帯と比べると、より小規模で、深い海域の斑状の場所に限られている。
最近の証拠は、ノルウェーとグリーンランドにおいて、昆布の森がすでに拡大し、その分布域を極方向へ広げていることを示している。また、これらの海洋植物は、北極が温暖化するにつれて、より大きくなり、より速く成長すると予想されており、生物が生息する場所やその周辺に、より多くの隙間を生み出している。北極の昆布の森の全容は、ほとんど未確認のまま、未調査であるが、モデリングにより、1950年代以降に北極でどの程度分布が移動し拡大したかを判断できる。
新たな炭素吸収源
大型の海藻は形も大きさもさまざまだが、多くは驚くほど木に似ており、幹のような、しかししなやかな体（茎状部、スティペ）を持つ。昆布の森の樹冠は、葉のような平らな葉状部で満たされており、付着器（ホールドファスト）は根のように機能して、海藻を下の岩に固定している。
北極の一部の昆布は、10メートル以上に成長し、水柱中に浮遊する大きく複雑な樹冠を形成し、その下には日陰で保護された下層植生が広がる。陸上の森林と同様に、これらの海洋の森は、タラ、ポラック、カニ、ロブスター、ウニなど、多くの動物や魚類の生息地、稚魚の育成場、餌場を提供している。
昆布は成長が速く、その過程で革のような組織に炭素を蓄える。では、北極での昆布の拡大は地球規模の気候にとってどのような意味を持つのか。陸上の森林を再生させるのと同様に、水中の昆布の森を育成することは、大気中の炭素を迂回させることで、気候変動の進行を遅らせる助けとなりうる。
さらに良いことに、一部の昆布の残骸は千切れ、浅い沿岸域から押し流されて深海へ運ばれ、そこで地球の炭素循環から事実上取り除かれる。北極の広大な沿岸に沿って昆布の森が拡大すれば、人類が排出するCO₂を捕捉し、それを深海に閉じ込める、成長し続ける炭素吸収源となる可能性がある。
北極における昆布の状況はかなり特異であり、これらの海洋の森は危機に瀕しており、世界のほとんどの地域でも同様である。全体として、世界の昆布の森の範囲は下降傾向にあり、その原因は海洋熱波、汚染、水温の上昇、そしてウニなどの草食動物の大量発生である。
当然ながら、すべてが良いニュースというわけではない。拡大する昆布の森は、北極の高緯度地域に固有の野生生物を押し出す可能性がある。氷の下の藻類は行き場を失い、完全に消滅するおそれもある。より温帯性の昆布種が、北極固有の昆布、例えばLaminaria solidungulaなどに取って代わる可能性がある。
しかし、昆布は、氷が融けるにつれてこの地域のさらに奥深くへと進出している、多くの種の一つにすぎない。
北極への侵入
カナダ、ヌナブト準州、バフィン島北部のミルン・インレットは、カナダ北極圏のどの港よりも多くの海上交通量を扱っている。開水域期間中は、ほとんどの日に、全長300メートルの船舶が、近くのメアリー・リバー鉱山で採掘された鉄鉱石を積んで港を出る。年間71隻から82隻の船舶がこの地域を通過しており、その大半は、北欧の港へ向かうか、そこから来ている。
観光客を満載したクルーズ船、沿岸警備船、プレジャーヨット、調査用砕氷船、貨物補給船、リジッド・インフレータブル・ボートも、この地域を航行している。前例のない温暖化と海氷の減少により、北極には新たな産業やその他の活動が引き寄せられている。ポンド・インレットのような地域社会では、海上交通量が過去20年で3倍に増加した。
これらの船舶は世界中から北極へやって来て、ロッテルダム、ハンブルク、ダンケルクなどで拾った、さまざまな水生生物を運んでいる。これらの生物には、肉眼では見えないほど小さいものもあり、船舶を安定させるために船内タンクに注入されたバラスト水の中に潜んでいる。また、船体やその他の外表面にも付着する、「バイオファウリング（生物付着）」と呼ばれる。
これらのうちの一部は北極までの航海を生き延び、バラスト水が排出され、貨物が積み込まれる際に環境へ放出される。外表面にしっかりと付着し続けるものは、卵、精子、または幼生を放出することがある。
これらの生物の多くは無害であるが、一部は害を及ぼす可能性のある侵略的な新参者である。カナダにおける研究とノルウェーでは既に、ベイ・バーナクルおよびアコーン・バーナクルのような非在来の侵略的外来種が、船舶による北極への航行を生き延びられることが示されている。これは、北極の生態系にとってリスクとなる。侵略的外来種は、世界で絶滅の主要な原因の一つである。
拡大する航路
侵略的外来種への懸念は、ポンド・インレットの地域社会をはるかに超えて広がっている。北極には約400万人が暮らしており、その多くは、北極イワナやワモンアザラシからホッキョクグマ、ツノシロイルカ、数百万羽の渡り鳥に至るまで、多種多様な動物にとって栄養分と重要な生息地を提供する沿岸部に住んでいる。
水温の上昇に伴い、海運シーズンは長くなっており、北西航路や北方航路（ロシア北極圏の沿岸に沿う）などの新しい航路が開かれつつある。一部の研究者は、北極点を横断する北極横断航路が今世紀半ばまでに航行可能になるかもしれないと予想している。増加する船舶交通は北極海域に運ばれる生物の数と種類を拡大させており、そして次第に生存に適した条件が、生存の可能性を高めている。
予防こそ最も有効な方法であり、侵略的外来種を北極から締め出すことである。ほとんどの船舶は、バラスト水の処理に化学薬品その他のプロセスを用いるか、および/またはバラスト水を交換することで、有害な生物が新たな場所へ移動するのを抑制する。ガイドラインでは、船舶が船体に特殊なコーティングを施し、生物付着を防ぐために船体を定期的に清掃することも推奨されている。しかし、これらの予防策は必ずしも確実ではなく、寒冷な環境での有効性は十分に理解されていない。
次善の策は、侵入者が到着したら、できるだけ早く検知する、根絶または抑制の可能性を高めるためです。しかし、早期検知には広範囲にわたるモニタリングが必要であり、北極圏ではそれが難しい場合があります。新種の到来に目を光らせることは、干し草の山から針を探すようなものですが、北方のコミュニティが解決策を提供できる可能性があります。
ノルウェー、アラスカ、およびカナダの研究者は、次のような種を選び出すことで、その探索を容易にする方法を見つけました：他の地域で被害を引き起こした種であり、かつ北極の環境条件に耐えうる種です。約2ダースの潜在的な侵入種が、北極カナダに定着する可能性が高い。
その中には、日本海、ベーリング海、北太平洋に自生する寒冷適応型のアカタラバガニがいます。1960年代に漁業を確立する目的で意図的にバレンツ海に導入されましたが、現在は南方へと広がっており、ノルウェー沿岸および白海に沿って。大型で貪欲な捕食者であり、大幅な減少に関与していると考えられており、対象は漁獲される貝類、ウニ、その他の大型で動きの遅い底生生物で、バラスト水による輸送中も生き残る可能性が高い。
もう一つはヨーロッパタマキビで、沿岸の生息地で水生植物を容赦なく食べ尽くし、岩盤を裸のままか、付着生物に覆われた状態にします。また、北米東海岸に寄生虫を持ち込んでおり、その寄生虫は魚類に黒点病を引き起こし、成魚にストレスを与えて食用に適さなくし、稚魚を死滅させ、それを食べる鳥類や哺乳類の腸に損傷を与えます。
遺伝物質の痕跡を追跡する
こうした新種は、もしピンド・インレットに到来すれば、人々が狩猟や食用にする魚類や哺乳類に影響を与える可能性があります。わずか数年の航行の後、外来種の可能性がある少数の種が既に発見されており、その中には侵略的なアカエラゴカイ（Marenzellaria viridis）、そして潜在的に侵略的な管棲性端脚類が含まれます。いずれも高密度に達し、海底堆積物の性質を変え、在来種と競合することが知られています。
メアリー・リバー鉱山を運営する企業のバフィンランドは、鉄鉱石の年間生産量を2倍にすることを目指しています。拡張が進めば、無氷期には最大176隻の鉄鉱石運搬船がミルン・インレットを通過することになります。
北極海の航行の将来は不透明ですが、注視すべき上昇傾向にあります。カナダでは、研究者が、船舶の往来が活発なコミュニティ（マニトバ州チャーチル、ヌナブト準州のピンド・インレットおよびイカルイト、ケベック州のサリュイット、ニューファンドランド州のナイン）において先住民のパートナーと協力し、侵略的外来種のモニタリングネットワークの構築を進めています。その手法の一つは、水を採取し、そこに含まれる遺伝物質の痕跡（鱗、糞、精子、その他の生物由来物質から放出されたもの）を検査することです。
この環境DNA（eDNA）は採取が容易で、捕獲が困難であったり個体数が少なかったりする生物の検出に役立ちます。この技術はまた、沿岸の生物多様性の基礎的知見を向上させており、船舶の往来が多い他の地域においても、将来の変化を検出するための基本的な一歩となっています。
チャーチル港では、eDNAによる監視やその他のサンプリング手法を用いて、外来種の一部が既に検出されており、その中にはクラゲ、レインボー・スメルト、侵略的なカイアシ類の一種が含まれます。
北極全域にネットワークを拡大する取り組みが、北極評議会の北極外来侵入種戦略の一環として進められており、外来種の拡散を抑えることを目的としています。
北極はしばしば気候危機の最前線と呼ばれます。急速な温暖化により、この地域は新種の出現から新たな航路に至るまで、あらゆる種類の侵入に見舞われています。これらの力は、今日生きている人々の生涯のうちに海盆全体を作り変えてしまう可能性があり、凍てつく星明かりの景観から、高度に適応した独特の生物群集が生息する場所まで、まったく異なるものへと変えてしまうかもしれません。
北極は、科学者が記録できる速さよりも速く変化しています。しかし、増加する炭素吸収源など、そこに住む野生生物や人々に利益をもたらす機会もあるでしょう。温暖化する世界におけるすべての変化が完全に悪いわけではありません。北極でも他の地域と同様に、勝者と敗者が存在します。
