南極海は、南極洋とも呼ばれ、数千種の生物と複雑な生態系を擁しています。
高さ最大20メートルの波と氷点下の水温のため、そこでの生物の研究は容易ではありません。
新しい技術により科学者はより多くを学べるようになっており、海洋に対する気候変動の影響の理解にも役立っています。
2018年、ある海洋学者にちなんで名付けられた地図が大きな話題になりました。
いわゆる「スピルハウス図法」は、地球を南極点の上空から見た図法で、海洋盆のつながりを示すために考案されました。
これは、海が支配的な南半球に暮らす人々にとっては自然な視点です。
南極海は、また南極洋とも呼ばれ（南部海洋とさえ呼ばれることもあり）、ほかに類を見ない海域で、最上級の言葉で語るのが最もふさわしい海域です。
熱と炭素の貯蔵
まず、南極海が過剰な熱と炭素を貯蔵する能力について見てみましょう。世界の海洋は、化石燃料の燃焼によって生じる過剰な熱の90%以上と、追加の二酸化炭素の3分の1を吸収しています。
30°S以南の南極海は、貯蔵していると推定されており、海洋による過剰な熱の世界的な吸収量の約75%と、大気からの過剰な炭素の世界的な吸収量の約35%を占めています。地球にとって熱と炭素の主要な貯蔵庫です。
南極海は、北極海を除くすべての主要な海洋盆を結んでいます。その結び目となるのが南極周極流（ACC）で、地球上で最大の海流です。その流量は地球上のすべての河川の100倍以上にあたり、数時間でオンタリオ湖を満たすのに十分な水を運びます。
強い風と、南極大陸をほぼ途切れることなく周回する航路の組み合わせにより、ACCは強い流れと速さを得ています。
世界の海流を混ぜ合わせる
「ローリング・フォーティーズ」「ファリアス・フィフティーズ」「スクリーミング・シックスティーズ」は、南極海をほぼ途切れることなく吹き渡る強い偏西風の一般的な呼び名で、同様に印象的な波を生み出します。その結果、非常にエネルギーが大きく、測定が困難な海洋表面が生まれます。
しかし、この複雑な境界面を介した熱と炭素の交換は地球規模で重要であり、海洋学者はこの困難な環境のために特別な観測手段を開発してきました。
南極海を真に理解するには、三次元で考える必要があります。異なる性質の水塊は、渦を通じて水平方向にも鉛直方向にも混ざり合います。
比較的温暖な亜熱帯の水は南へと混合され、北大西洋の深層の冷たい水は表層へと再び上昇し、冷たい極域の水塊は北へと混合されて再び沈み込みます。
この複雑な相互作用は、風と海底の形状によって導かれています。
北側には、主要な狭窄部が3つしかありません。幅850kmのドレーク海峡、そして海底にあるケルゲレン海台とキャンベル海台です。南側では、ACCが南極大陸に接しています。
ここでは海洋が地球の気候システムにおいてもう一つの重要な役割を果たしており、比較的温かく、かつ温暖化しつつある南極周極深層水を、南極大陸を縁取る氷と接触させています。
海氷の年間の融解と凍結
南極周辺で海氷が成長と融解を繰り返す年周期は、わが惑星を特徴づける周期の一つであり、南極海の重要な側面です。この点において、二つの極域は大きく異なっています。
北極は、狭い出口しかない陸地に囲まれた小さく深い海です。南極は、海に囲まれた大陸棚をもつ大きな陸塊です。毎年、この海域では1500万平方キロメートルの海氷が拡大と後退を繰り返しています。
これとは対照的に、明確で劇的な北半球の変化とは異なり、南極の海氷の周期はあまり明白ではない傾向に従ってきました。温暖化する海洋の中で、実際には2016年頃まで北方へ緩やかに拡大していましたが、その頃から突然縮小し始めました。
南極の海氷の年周期を見ると、季節の寒暖に応じて、その場で単純に成長して融けていくように思えるかもしれません。しかし実際には、海氷の生成の多くはポリニヤ――沿岸付近にある海氷の工場のような海域で、冷たく速い南極の風が、新しい海氷を生み出すと同時に、現れるのとほぼ同じ速さで吹き払っています。
この過程は、地球規模の海洋循環へとつながります。新しい氷が成長すると、凍結する海水から塩分が絞り出され、その下の海水と混ざり合います。その結果、より冷たく塩分の高い海水が生まれ、海底へと沈み、北方へ流れ去ります。
ポリニヤは、実質的に、極域で海水が沈み、北へ流れて上方に混合される地球規模の輸送システムにおける、地下鉄の一駅のような役割を果たしています。その循環は約1,000年に近い周期で行われます。
すべての棚氷が同じように反応するわけではない
コンピュータ・シミュレーションにより、南極大陸の縁にある棚氷が過去数千年にわたってどのように拡大と縮小を繰り返してきたかが示されています。
これらの氷床の浮遊部分は海洋と直接相互作用するため、氷床を気候に敏感な状態にしています。海洋の温暖化や、棚氷と接触する水の起源の変化によって、棚氷が――そしてひいては氷床全体が――変化することがあります。
しかし、すべての棚氷が温暖化に同じように反応するわけではありません。冷たく、ゆっくりと変化する海洋の空洞もあれば、極域の基準で言えば高温とされるものもあります。それは、南極周極深層水との相互作用によるものです。後者は現在、急速に変化しています。
多くの雪氷圏の過程は宇宙から観測できますが、海洋が氷の下のどこまで広がっているかを真に理解するには、氷表面から数百メートル下まで到達する必要があります。
気候予測には、潮汐周期のように短い時間スケールで起こる詳細な過程の理解が必要であり、それは私たちがまだ探査し始めたばかりの地球の一部で生じています。
「スクリーミング・シックスティーズ」の観測
これほど大きく荒れた海をどのように観測するのでしょうか？ ロボットを使って、です。
衛星は1980年代以降、海洋表面を観測してきました。この技術では、水温や海面高度などの性質を測定することができ、生物生産性の推定にも用いられます。しかし、衛星は表面の下を見ることはできません。
画期的なArgoプログラムが1990年代に始まったとき、それは漂流する海洋の監視装置のネットワークを構築し、水深2キロメートルまでの水温と塩分を測定することで、地球科学に革命をもたらしました。
調査船Kaharoaは、南極海におけるArgoプローブの展開回数が最も多い記録を保持しています。その中には、最新の、嵐に翻弄され、COVID-19の影響を受けた航海を含みます。この航海はオーストラリア南方を経てインド洋へと及びました。
Argoプログラムは、海洋観測の新時代の始まりにすぎません。深海Argoプローブは深さ6kmまで潜航し、海洋温暖化がどこまで深く浸透しているかを検出します。
過去と未来の南極海
地球は今日の姿で存在していたわけではありません。過去のある時期には、南極海すら存在していませんでした。大陸や海洋盆は現在とは異なる位置にあり、気候システムの働きも大きく異なっていました。
人類の進化という狭い視点から見ると、南極海は気候システムの安定した構成要素であり、比較的穏やかな氷期の振動の影響を受けてきました。しかし氷期のサイクルは、数万年という単位で展開するものです。
私たちは、非常に急速な気候の変動を引き起こしています。産業革命の開始以来のほぼ3世紀は、地質学的な文脈においては、まばたきよりも短い時間です。
短期（例えば2050年まで）および長期（2300年まで）の将来の変化を予測するのは困難です。物理学的にはこれから何が起こるかはかなり明確ですが、それがいつ起こるかを予測することははるかに難しい課題です。
海洋、大気、氷の過程を正確に捉えるシミュレーションツールは、棚氷の空洞や海洋渦を含み始めたばかりです。気候モデルの最新の総合的な評価は、南極海の模擬的な働きに関して進展を示しています。しかし、海氷を適切にシミュレーションすることは依然として課題です。
これがフロンティアです。世界の研究コミュニティは、データと急速に改良が進むコンピュータモデルを結びつけ、この独特な海がどのように機能しているかをよりよく理解しようと取り組んでいます。
氷点下の海での生命
一見すると、南極大陸は氷と雪に覆われた、生命の少ないほぼ不毛な環境に見えます。そこにはときおり海鳥やアザラシの姿がみられるにすぎません。
しかし、表面の下に潜ると、単細胞の藻類や小さな無脊椎動物から、よく知られた頂点捕食者であるペンギン、アザラシ、クジラに至るまで、生命と複雑な生態系に満ちた海が明らかになります。
南極海には9,000種を超える既知の海洋生物が生息しており――探査や研究によって、さらに多くの生物が明らかにされ続けています。
南極海で生物を研究するのは容易ではありません。波は高さ20メートルを超えることがあり、氷山や海氷もその中に潜んでいます。
水温はしばしば氷点下です。淡水は0℃で凍りますが、海水はおよそ-2℃で凍ります。スキューバダイビングは可能ではありますが、南極海の生物に関する研究の多くは、遠隔での採取によって行われています。
海洋科学者は、次のようなロボット工具を使用しています。遠隔操作型無人潜水機を用いて観察や試料の採取を行い、グラブおよびドレッジを用いて底生生物を採取します。海洋哺乳類からの遺伝子試料は、遠くから小さな生検用チューブ（針状）を、回収用のロープを付けた状態で、動物の肉に撃ち込むことで採取しています。
環境DNA（eDNA）からは、より広範な多様性に関する情報を得ることができます。生物の痕跡は水の試料からろ過され、通常どのような種が存在していたか、あるいは存在していたかを特定できる遺伝子解析ツールを用いて分析されます。
探査のたびに新種が明らかになり――そのうちのいくつかは商業的価値を持つ可能性があり、そのすべてが南極海の生態系の重要な構成要素です。この海域の多様性に関する私たちの知識は、急速に増えています。
とはいえ南極海は広大であり、その大部分は未採取または採取が不十分なままです。
食物連鎖の最下層
南極海における一次生産者（食物連鎖の出発点にいる生物）は、単細胞藻類――例えば珪藻（ケイ酸質の精緻な殻をもつもの）から、大型藻類（コンブのような）まで多岐にわたります。
コンブやその他の大型海藻は、一般に、氷山が海底をこすることがほとんどない場所でのみ生き延びられます。珪藻は多様で、一部の種は海氷の裏側で繁茂します。
氷藻類は、オキアミの重要な食料源を形成しています。オキアミは、南極海の食物網において重要な役割を担う小さな甲殻類です。
驚くべきことに、冷たい南極海には、高温の熱水噴出孔システムも存在しています。これらの群集は、甲殻類や棘皮動物が高密度に生息しており、太陽ではなく、地殻から染み出す化学物質からエネルギーを得ています。
南極の無脊椎動物は、90%以上を占めています。50%以上の種は、この海域に固有のものです。
これらの無脊椎動物は、より北方の温暖な海域に生息する近縁種に比べて、しばしばはるかに大きく成長します。この現象は「極域巨大化」と呼ばれ、巨大なウミグモ、大型のカイメン、前腕ほどの大きさのウロコムシなど、多くの分類群で見られます。
南極の無脊椎動物がなぜこれほど大型に成長するのかは、正確には分かっていません。高い酸素濃度、遅い成長速度、あるいはサメやカニ類（短尾下目）などの主要な捕食者群の不在と関係している可能性があります。
食物連鎖のより上位
海洋の食物連鎖において、南極オキアミは、藻類などの一次生産者と、私たちが南極と聞いて必ず思い浮かべる象徴的な頂点捕食者との間を結ぶ存在です。
ヒゲクジラは、群れをなすオキアミを大量に飲み込むことで、エネルギーの多くを得ています（1立方メートルあたり1万～3万匹）。また、ペンギンやアザラシの糞に見られるピンク色の筋は、これらの美味な甲殻類を好んで食べていることを示しています。
魚類と頭足類（イカやタコ）は南極海で繁栄しており、深海に潜るゾウアザラシなどの海洋哺乳類の餌となっています。ゾウアザラシ。一部の魚種は、酸素に富んだ冷たい海水に非常によく適応しているため、赤血球をもたなくなり、代わりに不凍タンパク質を血液中に生成し、氷点下の海水の中でも生き延びています。
海洋環境の保護
南極海で最も貪欲な捕食者は、間違いなく人間です。
南極は遠隔地にありますが、発見から200年ほどの間に、南極周辺の海は人間によって大規模に搾取されてきました。
最初にアザラシ猟師が訪れ、次に捕鯨者が続き、多くの種を絶滅の瀬戸際にまで追いやりました。ペンギンでさえ、その油を得るために捕獲されました。
より最近では、魚類とオキアミ（食品またはサプリメントの原料として漁獲されています）が主な標的となり、その結果、一部の種の個体数は急激に減少しています。
海水温の上昇や酸性化といったより間接的な影響が漁業と重なると、個体数の減少につながる可能性があります。オキアミの減少は、今度はクジラなどの頂点捕食者の数の減少につながります。
南極海での漁業は、これらの海域がいずれかの一国に属していないため、規制が難しい状況にあります。漁業の影響を管理するため、漁獲量を制限する割当量は現在、南極海洋生物資源保存委員会（CCAMLR）によって管理されています。
この国際機関は、海洋保護区の設定も進めています。こうした漁獲量の管理の取り組みがなければ、オキアミなど食物網の重要な部分が過度に利用され、生態系が崩壊する可能性があります。
変化する環境は、変化する生態系を意味する
毎年2万1千人を超える観光客および科学者が南極を訪れており、汚染、病気、侵略的外来種を持ち込む可能性があります。南極の生態系に対する人間の影響を管理し、政治的交渉を支援するため、南極条約は1961年6月23日に発効しました。
同条約は南緯60度以南のすべての活動を規制し、環境保護に関する議定書を含んでいます。
それでも、地球規模の気候変動と海洋酸性化の影響は南極海においても明らかであり、海水温の上昇、海氷の減少、棚氷の崩壊が見られます。
遠く離れた南極海でさえ、世界の他の地域から真に隔絶されているわけではないことを、研究はますます示しています。温暖化、プラスチック汚染、外来種が、強力な極前線の彼方から南極の海域に到達しています。
南極外から流れ着いた浮遊する海藻のいかだの中には、動物の乗客を運んでいるものもあり、南極海を横断して南極の海岸に到達することができます。現時点では、南極の過酷な気候の中で生き延びることはできないようですが、温暖化によってその状況は変わる可能性があります。
新たな種が入り込み定着すると、南極の固有の動植物に大きな圧力がかかるでしょう。
とはいえ、すべてが絶望的というわけではありません。南極条約の発効以来の数十年間、各国が協力して南極が直面する課題の解決に取り組めることが示されてきました。その一例が、南極海洋保護区（MPA）の設立です。
このような国際協力の水準は、南極海の未来だけでなく、世界が直面するその他の重要な課題についても、私たちに希望を与えるはずです。
