海洋の安定性は、地球の気候と海洋生態系の生産性を左右する重要な調節要因である。
それは、海洋の上層と下層の間で熱、炭素、栄養塩、溶存ガスがどのように交換されるかを制御する。
地球の気温が上昇するにつれ、世界の海洋は技術的により安定しつつあり、これは海洋生物と気候に害を及ぼしかねない。
船酔いをしたことがあるなら、「安定」は海について最も思い浮かばない言葉かもしれない。しかし、地球の気温が上昇するにつれ、世界の海洋は技術的により安定しつつある。
科学者が海洋の安定性について語るとき、それは海の異なる層がどの程度互いに混ざり合うかを指している。最近の研究では100万点を超える試料が分析され、過去50年間で海洋の安定性が、科学者が予想していた速度の6倍の速さで増大していたことが明らかになった。
海洋の安定性は、世界の人々の大きな割合を養う海洋生態系の生産性と、地球の気候を左右する重要な調節要因である。それは、海洋の上層と下層の間で熱、炭素、栄養塩、溶存ガスがどのように交換されるかを制御する。
したがって、より安定した海洋は理想的に聞こえるかもしれないが、現実はそれほど安心できるものではない。上層が より多くの熱を閉じ込め、栄養塩が少なくなることを意味しかねず、海洋生物と気候に大きな影響を及ぼす。
海洋が熱を循環させる仕組み
海面水温は、赤道から極地に向かって遠ざかるほど低くなる。単純な事実だが、その影響は非常に大きい。水温は塩分や圧力とともに海水の密度を決定するため、熱帯から遠ざかるにつれて海面の密度も高くなることを意味する。
海水の密度は深さとともにも増加する。これは、海を温める太陽光が表面で吸収される一方、深海は冷たい水で満たされているためである。海洋学者は、深さに伴う密度の変化を安定性と呼んでいる。密度が深さとともに速く増加するほど、海洋はより安定しているとされる。
海洋は、それぞれ異なる安定性の度合いを持つ二つの層に分かれていると考えると理解しやすい。
表層混合層は、海洋の上部（おおよそ）100メートルを占め、熱、淡水、炭素、溶存ガスが大気と交換される場所である。海面で風や波によって巻き上げられる乱流が、すべての水を混ぜ合わせる。
最下層は深海底と呼ばれ、数百メートルの深さから海底までを指す。冷たく暗い領域で、弱い海流がゆっくりと水を地球上で循環させており、その水は数十年、あるいは数百年にわたって表面から隔離されたままである。
深海底と表層混合層を隔てているのは、躍層と呼ばれるものである。これはラップ（サランラップ）の層のようなものと考えることができる。目に見えず柔軟だが、水がそこを通り抜けるのを妨げる。ラップが細切れに引き裂かれると、これは海洋で乱流が躍層を effectively 引き裂くときに起こるが、水は両方向へ漏れ出すことがある。しかし、地球の気温が上昇し海洋の表層がより多くの熱を吸収するにつれ、躍層はより安定しつつあり、海面の水と深海の水が混ざり合うことが難しくなっている。
なぜそれが問題なのか？ 実は、海水の目に見えないベルトコンベアが存在する。これは温かい水を赤道から極地へ運び、そこで冷却されて密度が高まり沈み込み、深部を通って赤道へ戻る。この移動の間に、海面で吸収された熱が深海へ運ばれ、温室効果ガスの排出によって急速に温暖化している大気から蓄積された海洋の熱負荷の再分配に役立っている。
より安定した躍層が海面に熱を閉じ込めると、海洋が過剰な熱を吸収する効率が損なわれ、サンゴ礁のような敏感な浅海生態系に大きな圧力をかけるおそれがある。
安定性の増大は栄養塩の欠乏を引き起こす
海面に蓄えられた熱が下方へ混ぜられる必要があるのと同様に、深海底には栄養塩の膨大な貯蔵庫があり、それらは上方へ混ぜられる必要がある。
ほとんどの海洋生態系の基盤は植物プランクトンである。これは光合成によって自らの食物を作り、大気から膨大な量のCO₂を吸収する微細な藻類であり、また世界の酸素の大部分を生み出している。
植物プランクトンは、十分な光と栄養塩があるときにのみ増殖できる。春になると、日照、日が長くなること、風が弱まることによって、表面近くに季節的な躍層が形成される。この躍層の上部に閉じ込められた利用可能な栄養塩は、植物プランクトンが増殖するにつれて、春のブルームと呼ばれる現象の中で速やかに使い尽くされる。
表面の植物プランクトンが増殖を続けるためには、深海底からの栄養塩が躍層を越えなければならない。そして、もう一つの問題が生じる。躍層が強化されたことで植物プランクトンが栄養不足に陥ると、藻類を食べる微小な動物や、それらを食べる小魚を始めとして、海洋生物の大多数にとって食料が減少し、その影響はサメやクジラに至るまで食物連鎖の上位へと広がる。
より安定した海洋が深海への熱の移動と気候の調節の効果を低下させるのと同様に、社会が栄養のために依存している、日光が差す表層の活発な食物網を維持する力も低下する。
心配すべきなのか？
海洋循環は、自然の変動と人為的な変化によって絶えず変化している。躍層の安定性の増大は、海洋学者が解明に取り組んでいる極めて複雑な謎の一部にすぎない。
将来の気候変動を予測するために、我々は海洋と大気の数値モデルを用いるが、そのモデルには気候変動を引き起こすすべての物理過程を含める必要がある。地球規模の状況をシミュレートするモデルの中で、小規模で乱流的な過程の影響を含めるのに十分な性能を持つコンピュータは、単純に存在しない。
しかし、人間の活動が地球のシステムの基本的な側面に、予想以上の影響を及ぼしていることはわかっている。そして、その結果は我々の望むものではないかもしれない。
