地球温暖化が進むにつれ、海洋熱波はより頻繁に、より激しく発生し、より長く続くようになります。
最大の海洋熱波は「ブロブ」と呼ばれ、2015年に北太平洋で発生し、海洋生態系に壊滅的な影響をもたらしました。
ブロブが複合事象であったかどうかを明らかにするための研究が行われてきました。複合事象とは、陸上または海洋で、二つ以上の種類の極端な現象が同時に発生することを指します。
注目すべき重要な研究分野は三つあります。「極端」な状態をどのように分類するかを確立すること、海洋の内部を分析すること、そして極端現象が生物や生態系にどのように影響するかを理解することです。
極端な気象がもたらす壊滅的な影響は、私たちの集合的な記憶に深く刻まれています。2021年だけでも北米西部では記録的な熱波が、欧州、中国、西アフリカでは死者を出す洪水が、地中海地域では山火事が発生しました。
陸上でこうした事象が起きている一方で、海洋もまた極端な状態を経験しています。2015年、北太平洋では「ブロブ」として知られる、記録上最大の海洋熱波が観測されました。
地球が温暖化するにつれ、海洋熱波は、次のようになる可能性が高く、より激しく、より頻繁に発生し、より長く続くようになります。しかし、私たちが最近『Nature』に発表した論文が示すように、「ブロブ」のように二つ以上の種類の極端な現象が同時に発生する機会も増えていくとみられます。
こうした「複合」事象は、単一の熱波よりも壊滅的な影響をもたらす可能性が高く、微小な浮遊性植物、海鳥、アシカなどの海洋生物に影響を及ぼします。
太平洋の「ブロブ」
2015年から16年にかけて、熱帯太平洋の大部分では、強いエルニーニョ現象に関連して記録的な高水温が観測され、サンゴ礁の広範な白化と死滅を引き起こしました。
同じ時期に北太平洋では極端な温暖化が見られ、それは次のような現象として知られるようになりました：「ブロブ」。2015年のピーク時には、ブロブは約400万平方キロメートル（km2）の海域を覆い、アラスカからバハ・カリフォルニアにまで広がりました。
ブロブは海洋生態系に甚大な影響を及ぼし、一次生産の低下を引き起こしました。一次生産とは、海洋植物が生存と成長のための食物を生み出す過程のことです。また、魚類やその他の生物がより涼しい生息地を求めて移動を余儀なくされました。有害藻類の長期にわたる大量発生は、ムール貝やカニの漁業にも壊滅的な影響を与え、その結果、海鳥、アザラシ、アシカが大量に死亡しました。
当然ながら、ブロブは当時、大きな見出しを飾りました。ナショナル・ジオグラフィック誌は例えば、これを「太平洋を茹で上げたブロブ」と表現しました。ブロブがもたらした生態学的影響の一部は、今日でも続いており、いくつかの海洋動物の個体群は完全には回復していません。
「三重複合」の極端現象
私たちの研究では、地域海洋生物地球化学モデルのシミュレーションを用いて、ブロブを特徴づけた極端な高温だけでなく、当時の北東太平洋の上層水柱が他の面でも異常であったかどうかを調べました。特に、酸素濃度と酸性度（海水のpHで測定）に関して調べました。
陸上または海洋で二つ以上の種類の極端な現象が同時に発生することは、「複合」事象として知られています。二種類（二重複合）や三種類（三重複合）の事象は、海洋生態系に新たな、そして大部分が定量化されていない負荷を加えています。私たちの研究は、2013年から15年にかけての北太平洋のブロブが複合的な極端事象であったかどうかを検証することを目的としました。もしそうであれば、海洋生物に及ぼした壊滅的な影響の一部を説明できる可能性があります。
以下の図は、ブロブが発生した北東太平洋の一部の時系列を示しています。淡いオレンジの陰影は、海洋熱波が発生した時期（単一事象）を示します。濃いオレンジと紫は、海洋熱波と低酸素または極端に低いpHのいずれかを伴う二重複合事象をそれぞれ示します。灰色は、三種類の極端現象が同時に発生した時期を示します。
この図は、2015年の数か月にわたって北東太平洋で灰色の陰影を示しています。これは、熱波が酸性度および酸素の極端現象と重なったことを示しており、ブロブの少なくとも一部が三重複合事象であったことを意味します。また、図には2015年のピーク以前にいくつかの二重の極端現象（濃いオレンジと紫）も示されており、2013年から2015年にかけてのブロブの期間は、1980年代にさかのぼる記録の中でも極めて異例であったことがわかります。
三重複合事象は広大な海域を覆いました。下の左側の地図の灰色の部分がそれを示しています。灰色が濃いほど、極端な状態が海中のより深くまで達していたことを意味します。
地図は、三重複合の極端事象が、カナダ南西部の沿岸から外洋にかけて大きな弧を描いて広がり、合計で約20万km2を覆っていたことを示しています。付随する図は、この事象が海洋の70メートル以上の深さにまで及んでいたことを示しています。
ブロブの規模と範囲を考えると、海洋生態系に観察された影響の一部が、海洋の酸性度の極端な上昇と低酸素が、長期にわたる熱波の影響を増幅させたことによる可能性があると考えるのは不合理ではありません。
極端現象が増える未来
私たちの研究の一環として、海洋の温度、酸性度、酸素に関する極端現象のグローバルモデル解析を実施し、ブロブの結果を世界的な視点の中に位置づけることができました。
海洋の極端現象は地球規模の現象ですが、最も強い極端現象が発生するホットスポットも存在します。海面では、最も深刻な極端現象が熱帯太平洋東部および中緯度から高緯度にかけて発生します。海洋の深部では、最も強い現象は主に低緯度で発生します。
私たちの結果によると、産業革命以前から現在までの間に、海洋熱波は10倍以上一般的になり、低酸素の極端現象は約5倍一般的になりました。海洋の酸性度の極端現象は、事実上ほぼ恒常的な状態になっており、ほぼ100倍に増加したことを意味します。
こうした顕著な増加は、海洋温暖化、「脱酸素化」として知られる酸素の減少、および海洋酸性化の上昇傾向の直接的な結果です。これらはそれぞれ主に、大気中へのCO2排出によって引き起こされています。したがって、海洋熱波と海洋酸性化の極端現象の増加は、主に人間の活動によって引き起こされていると高い確度で言うことができます。
今後を見据えると、大気中のCO2と地球の気温が上昇し続ける限り、三種類すべての極端現象が増加することを意味します。また、二つ以上の極端現象が同時に発生する複合事象も、将来ははるかに起こりやすくなることが示唆されています。
これが重要なのは、これらの極端現象が、海洋温暖化、海洋酸性化、海洋脱酸素化といったより緩やかに進行する傾向よりも、はるかに早い段階で、海洋生物や生態系に大きな新たな負荷を与えるからです。例えば、極端現象の発生の速さや再発の頻度は、生物が極端な状態に対処するために利用できる仕組みを上回ってしまう可能性があります。
脅威への対応：三つの主要な方法
複合的な極端現象が海洋生物や生態系に及ぼす潜在的に有害な影響があるにもかかわらず、それらはいまだ十分に理解されていません。私たちは、三つの重要な分野において研究を大幅に強化する必要があると考えています。
第一の課題は、状態を「極端」として分類するための基準です。私たちの論文では、相対的閾値アプローチを採用しました。これは、対象とする特性が長期的な季節平均の99パーセンタイルを超える場合（温度と酸性化の場合）、または1パーセンタイルを下回る場合（酸素の場合）を極端な日と定義するものです。これは極端現象研究で最も一般的に用いられるアプローチですが、迅速に適応できる海洋生物への極端現象の影響を過大に見積もる可能性があります。
根本的に異なるアプローチとして、絶対閾値があります。例えば、代謝を維持するための最低酸素濃度や、海水が腐食性を持つほどに酸性化する地点などです。こうした基準は、特定の影響を念頭に置いて選定する必要があります。
第二に、海面下の極端な状態の直接観測はいまだ非常に限られています。幸い、「生物地球化学Argo」などの最近の進展により、これらは急速に改善されつつあります。生物地球化学Argoは、海洋をリアルタイムで監視する自律型プロファイリングフロートの船団を展開するものです。海洋の内部を見ることは、海洋生物の大多数が数百メートルにわたって生息しているため、極めて重要です。
第三の、そして最大の課題は、極端現象が生物や生態系にどのような影響を及ぼすかについての私たちの理解が非常に限られていることです。特に、二重または三重の複合事象の影響についてはほとんど分かっていません。私たちの論文では、細胞レベルから生態系の構造と機能を支配するレベルまで、より深く理解する必要がある様々なプロセスを概説しています。例えば、熱ショックタンパク質の発現は、個々の極端現象の間に必須の生理機能を安定させるのに役立ち、生態系は、脆弱性の低い種に有利な種構成の変化を通じて、極端現象の頻度の増加に適応する可能性があります。
海洋の極端現象、特に海洋生物や生態系への影響についてのより深い理解は、その影響に対処する戦略を設計するのに役立ちます。これには、例えば、系への他の負荷を軽減するために漁場を一時的に閉鎖することなどが含まれる可能性があります。
この取り組みは、海洋温暖化、海洋脱酸素化、海洋酸性化というより緩やかに進行するプロセスの影響についての理解を深めることにも役立ちます。現在の極端現象の際に見られる状態は、数十年後には通常の状態になると予想されるためです。
