新たな観測システムを用いた研究によると、気候変動によって海水温が上昇しており、安全な閾値を超える時期は深海のほうが早い。
これは、外洋に生息する海洋生物が、表層水に大きな変化が生じる前に、熱環境の変化に直面することを意味する。
その影響は、熱帯域や極域など、四季がはっきりしない地域の種にとって特に懸念される。こうした種は、高温への適応能力が低いためだ。
温暖化する世界が海洋生物に及ぼす影響を調べる際には、海洋の深さを考慮することが極めて重要だ。
世界の海には既知の種が24万種以上生息しており、それぞれが繁栄するために必要な固有の条件がある。
しかし、人間活動に起因する気候変動は、水温、酸素含有量、酸性度の変化を通じて海洋環境を変え、これらの種の生息地を脅かしている。
こうした変化が海洋生物の分布にどう影響するかを調べる研究が増えている。最終的に、各種の温度耐性の限界に応じて、海水温が生物多様性の世界的なパターンを形作る最大の要因となる。
したがって、海水温の推移を調べることで、海洋生物の分布の変化を追跡できる。例えば、海洋が温暖化するにつれて、無脊椎動物や魚類が極方向へ移動していることが、研究から示唆されている。
それでも、科学文献の多くは、年ごとまたは季節ごとの水温がどのように変化しているかに焦点を当ててきた。同様に、データが入手しやすいことから、多くの研究は海面水温を対象としてきた。
しかし、最先端の新たな観測システムにより、科学者は海洋の深さ全体にわたる豊富な情報を得られるようになった。『Nature Climate Change』に掲載された新しい論文研究では、海面から水深1キロメートルまでの温度範囲がどう変化しているか、またそれが海洋生物に何を意味するかを評価する。
大西洋タラのような種は、将来の炭素排出量次第で、今世紀中に大きく「未知の」熱環境に直面する可能性がある。その場合、極方向または深海へ移動するか、新たな条件に適応する必要がある。どちらを選んでも、海洋生物の分布が変わるにつれ、食物をめぐる新たな競争や、逃れるべき新たな捕食者が生じる可能性が高い。
現在の温度範囲
過去20年間に、Ocean SitesネットワークやARGO/Bio-ARGOプログラムなどの新たな観測システムにより、世界の海がどのように変化しているかを、科学者はかつてない視点で把握できるようになった。
例えば、Ocean Sitesネットワークは、構成する世界規模のシステムであり、「数十の変数を測定し、海洋と大気の相互作用から水深5,000メートルまで、海洋全体の深さを監視する長期的な深海基準観測所」を備えている。
これらの観測所のデータを使って、海洋の深さに沿った水温を示す「鉛直プロファイル」を作成できる。本研究では、北半球の6地点（下図参照）に焦点を当てた。熱帯域に3地点、温帯域に2地点、高緯度に1地点である。
以下のプロファイルは、各深度・地点で観測された最低水温と最高水温に基づき、6地点の水深1kmまでの温度範囲を示す。色の濃淡と線は、それぞれ観測値とモデルシミュレーションから得られた温度範囲を示す。色は範囲の上限（赤）と下限（青）を示す。海洋生物は現在の温度範囲に適応していると仮定する。
しかし、海洋が温暖化するにつれて、こうした温度範囲の境界は変化する。下図は、下限温度（上段）、上限温度（中段）、またはその両方（下段）が変化するなど、境界が移動しうるさまざまなパターンを示す。
例えば、下限温度が上限温度より速く上昇するなど、温度範囲が狭まる（黄色の棒）場合はいくつかある。反対に、逆の変化が起きれば範囲は広がる（紫）。両方の限界値が低下すれば、範囲はより低温側へ移動し（青）、両方が上昇すれば、より高温側へ移動する（赤）。
大きな変化が起きる時期
よく知られた「出現時期」指標を改変して、温度範囲に大きな変化が起きる場所と時期を推定する。この指標は、気候変動の長期的傾向という「シグナル」が、自然変動の「ノイズ」を上回って明瞭になる時期を特定する。
特に、下限（Tmin）と上限（Tmax）の温度境界が、将来いつ海洋生態系にとって重要な現在の閾値を超えるのかを調べた。下図に示すとおりである。
一例は、Tminが現在の中間温度（Tmidpoint、TminとTmaxの中間点）を超える時期であり、この温度はよく一致する「生態学的成功が最大となる温度」、すなわち特定の種の個体数が最大となる温度と。この時点で、海洋生態系は気候変動の影響を受けていると考える。
Tminが現在のTmaxを超えると、生態系はまったく新しい熱環境にさらされ、生物は適応または移動を迫られると考える。生物は、Tmaxの変化に非常に敏感であるため、Tmaxが現在のTmaxを超える時期も推定する。
本研究の結果から、こうした変化は「中深層」（水深200～1,000メートル）で、「表層」（0～200メートル）より早く起きることがわかった。
さらに、Tmaxが現在の自然変動の範囲を外れるのは、水深50メートル以深では早ければ今の10年間になると示された。しかし、この深度では、Tminの推移による変化は今世紀末まで現れない。
気候の「未知性」
こうした変化によって、今世紀末までに6地点の温度範囲は移動する。
現在の温度範囲との差をより明確に捉えるため、「気候の未知性」という指標を定義する。この指標は、歴史的な温度範囲（1990～2014年）と比べ、今世紀末（2080～2100年）の温度範囲のうち、これまで経験したことのない割合を示す。
下図では、今世紀末までの6地点における温度境界の予測変化（赤と青の線および色の濃淡）と、海洋の深さごとの気候の未知性の割合（紫の線）を確認できる。
各グラフの右側の棒は、3つの排出シナリオの下で、海洋の深さごとに予想される温度範囲全体の変化を示す。地球温暖化を2C未満に抑えることと整合する低排出シナリオ（SSP1-2.6）、各国の公約を合わせたものの上限におおむね沿うシナリオであるパリ協定に基づくシナリオ（SSP2-4.5）、そして極めて高い排出量のシナリオ（SSP5-8.5）である。
今世紀には、ほとんどの温度範囲が温暖化して広がる（紫の棒）か、温暖化して狭まる（黄色の棒）と予測される。一部では、温度範囲が温暖化（赤）または寒冷化（青）すると予測される。
気候の未知性を示すグラフによると、高排出シナリオでは、水深50メートル以深の全観測所で気候の未知性が約50%となる。これは、2100年の温度範囲の半分が、過去の温度範囲と比べてまったく新しいものになることを意味する。
水深200メートル以深の複数の深度では、この割合は約100%に達する。これは、中深層の変化が表層より大きくなることを示している。
将来の気候による違い
本研究では、社会が今世紀を通じてどのように変化しうるかを描く、共有社会経済経路（SSP）と呼ばれる、対照的な3つの排出シナリオを扱う。
高排出のSSP5-8.5シナリオでは、世界の海洋平均水温が2100年までに3～5C上昇する。この場合、中深層ではTminが現在のTmaxを超える状態が、早ければ2040年代に現れる可能性がある。今世紀末のこの深度における温度範囲の気候の未知性は、ほぼ100%となる。
これは、海洋資源として経済的価値が非常に高いことで知られる魚、大西洋タラなどの遠洋性種が、わずか数十年のうちに現在とはまったく異なる熱環境に直面することを意味する。こうした魚は、新たな温度範囲に生態的地位を適応させるため、北方または深海へ移動する可能性があり、その結果、種間の食物競争が激化し、地域個体群との間で捕食者と被食者の相互作用がさらに生じる。
中程度の排出量を想定するSSP2-4.5シナリオでは、新たな温度範囲の出現が数十年遅れる可能性がある一方、水柱全体で気候の未知性は低下し、水深200メートル以深の一部の深度でのみ約100%となる。このシナリオであれば、緩和計画によって大西洋タラがより適した海域に適応または移動するための時間を確保できる。
世界の海洋平均水温が2100年までに1～2C上昇するSSP1.2-6シナリオに相当する排出削減を行うと、新たな温度範囲の出現は中程度のシナリオと比べて数年遅れる。
一方、SSP5-8.5と比べたSSP2-4.5での気候の未知性の低下が顕著なのは、高緯度の観測所に限られる。高排出シナリオと比べて影響の出現が遅れるとしても、世界が今世紀半ばまでに排出量実質ゼロを達成したとしても、海洋生態系の温度範囲は影響を受けることが避けられない。
反対に、Tmaxの出現時期で見ると、排出シナリオ間の差は小さい。排出量を削減した場合に、Tmaxが現在のTmaxを超える時期が遅れる傾向は、主に温帯および高緯度の観測所の表層水で見られる。
鉛直方向を考慮した今後の研究
これらの結果は、外洋に生息する海洋生物が、表層水に大きな変化が生じる前であっても、熱環境の変化に直面することを示している。
その影響は、熱帯域や極域など、四季がはっきりしない地域の種にとって特に懸念される。こうした種は、高温への適応能力が低い。海水温の上限閾値がより高温側に移ることで、種の脆弱性はさらに高まる。
熱帯の種は、より北の緯度へ移動することで、より冷たい海水を探す可能性がある。しかし、これにより北極圏の被食者や捕食者にさらなる圧力がかかるおそれがある。
別の選択肢として、種が深海に熱的避難場所を求めることも考えられる。ただし、深海の温度範囲が、高い水圧や少ない光、利用可能な食物という条件に適している必要がある。
総じて、本研究は、気候変動が海洋生態系に及ぼす影響が、これまで考えられていたよりも不確実であることを示唆している。鉛直方向を考慮すると、海洋の温度範囲がどう変化するかについて、はるかに複雑な全体像が見えてくる。
したがって、温暖化する世界が海洋生物に及ぼす影響を調べる際には、海洋の深さを考慮することが極めて重要だ。
