西南極タイプの氷床の融解には500年ほどしかかからない ～過去に起こった温暖化と北欧氷床の急激な融解、それに海洋循環との関係～

2020年4月20日

横山　祐典（東京大学大気海洋研究所　教授）

発表のポイント

◆現在進行中の温暖化での融解がもっとも危惧されている氷床は、海底に直接着底している西南極氷床です。しかし、このタイプの氷床がどのくらいの期間で融解するかはモデルによってさまざまでした。
◆今回、これと類似の氷床である北欧氷床の融解記録を詳細に復元し、温暖化による融解開始で、500年もあれば完全に消失し、その影響が周辺氷床にも及ぶことを明らかにしました。
◆氷床融解によってもたらされた淡水が海洋大循環に大きな影響を与えなかったという重要な知見を提唱しました。氷床融解と海洋循環との関係について再考を促す貴重なデータとなり、これらを用いて氷床モデルや気候モデルの将来予測の精度向上に役立てることが可能となります。

発表概要

現在進行中の温暖化でもっとも危惧されている事象のひとつは、南極やグリーンランドの氷床（図1）融解による海面上昇です。特に西南極氷床（注1）は融解すると世界の海水準を3−5m上昇させる淡水を蓄えていますが、陸上ではなく海底に直接着底しているため（図2）温暖化に伴う影響をより大きく受け、モデルによると将来の温暖化が継続すると完全になくなるとされています。しかし、どのくらいの期間で融解が起こりうるのか、これまでにデータに基づいた議論はなされていませんでした。

そこで今回、東京大学大気海洋研究所の横山祐典教授は、ノルウェーのベルゲン大学のBrendryen博士らと共同で、かつてヨーロッパに存在した“西南極タイプ”とも言える海底に着底した北欧氷床の融解について加速器質量分析装置を用いた詳細な分析を行い、その融解の規模とタイミングの復元を行いました。その結果、世界の海水準が約5m上昇した融解は、氷期が終わって急激な温暖化が引き起こされたタイミングで生じ、一旦融解が開始した氷床は、わずか300-500年ほどで解け終わったことがわかりました。また、当時は世界の気候を安定化させるのに重要と考えられている海洋大循環（注2、図3）が安定して流れていたことがわかっており、氷床融解により淡水がもたらされることで弱化すると考えられる循環が安定していたことを始めて明らかにしました。

これらのことは従来提唱されたモデルにより異なる西南極タイプの氷床融解の期間についてデータに基づく知見を提示し、将来の予測の高精度化に役立ちます。また、これまでの見解とは異なり、氷床融解によってもたらされた淡水が海洋大循環に大きな影響を与えなかったという重要な知見も提唱しました。

発表内容

現在進行中の地球温暖化でもっとも危惧されている現象のひとつが、海水準の上昇です。特に極域に存在する氷床の融解は、それらが融解するとメートル規模での変化を引き起こす可能性があります（図1）。その中でも特に脆弱性が指摘されているのが、西南極氷床の安定性です。というのも、この氷床は海底に直接着底しており、海水温の上昇や海流の変化により不安定化することが大いに考えられるからです（図2）。実際、ハリウッド映画のデイアフタートゥモローのモデルになったラーセンB棚氷の流出現象も、暖かくなった大気と海流の変化によってもたらされたと考えられています。また、過去数十年間の人工衛星による観測でも西南極氷床の融解が進んでいることが観測されており、西南極氷床が融解すると世界の海水準を5mほど上昇させると考えられています。これまでのモデルを用いた予測によると西南極の氷床の融解については、さまざまな融解可能性のスピードが報告されてきましたが、実際どのくらいの時間スケールでの変化が引き起こされうるのかについては結論が出ていませんでした。

今回研究グループでは、過去の氷期から現在の間氷期へ移り変わるタイミングでおきた急激な温暖化の時期（ボーリング・アレレド期：BA期）である14,600年前に着目し、当時存在していて現在は消失している“西南極氷床タイプ”のヨーロッパ氷床がどのくらいの規模と時間スケールで融解したかについて詳細に明らかにしました。

氷期には海水準が全球で130mも低下し（関連論文項参照）スカンジナビア半島を中心とした北欧には、氷期には世界の海水準を約15mも上昇させうる氷床が存在していました（図1）。研究では、スバルバード近辺に存在していた西南極氷床タイプのバレンツ海氷床と、ノルウェー北部の海域に存在していた氷床の挙動に着目して研究を進めました。現在は海底に存在している地点の環境復元を行うため、海底堆積物とそれに残された化学情報を用いた研究を行いました。また、タイミングの決定には高精度放射性炭素(¹⁴C)年代決定法を用いました。既存の年代測定結果を再解析するとともに、新しく50以上の微量な試料を東京大学大気海洋研究所に設置されている日本で唯一のシングルステージ加速器質量分析装置を用いて高精度で分析を行いました（図4）。

その結果、これまでの知見と異なり、14,600年前のBA期に起こった温暖化により、北欧氷床のうち西南極氷床タイプのバレンツ海氷床とスカンジナビア半島周辺の氷床が急激に融解を起こし、4.5-7.9mの海水準上昇に匹敵する淡水の流出を引き起こしたことがわかりました。また、完全に消失するのにわずか500年しかかからなかったということも明らかになりました。さらにピーク時には毎秒20万km³もの淡水が海洋に供給されていたこともわかりました。これまでの先行研究で、当時は氷期から間氷期に移り変わる時期であり、温暖な環境も全球的な海洋大循環によってもたらされていたとされてきていました。この海洋大循環は北大西洋の塩分に影響を受けやすく、この海域に淡水流入による塩分低下が起こるとこの海洋循環が弱化もしくはストップするとされてきました。しかし今回の研究でこれまでの知見が必ずしも適用できないことも明らかになり、地球の気候の安定化に貢献しているとされている海洋大循環と氷床がもたらす淡水との関係についても再考を促すデータとなりました。

これらのデータは今後の温暖化と氷床の変化についての気候モデルおよび氷床モデルを用いた予測の高精度化に役立つことが期待されます。一旦温暖化によって開始された西南極タイプの氷床は、最長でも500年間で解けうることが明らかになり、今後の西南極氷床の変動予測のモデルの精度向上にも貢献することができます。また、同様の手法を用いて異なる時期についても研究を進めることによって、温暖化により将来引き起こされると考えられる氷床変動と海洋循環、ひいてはグローバルな気候変動との関係について、精度の高い予測ができるようになることが期待されます。

（関連論文）
Yusuke Yokoyama et al.,“Rapid glaciation and a two-step sea level plunge into the Last Glacial Maximum”, Nature（2018年7月26日）, doi:10.1038/s.41586-018-0335-4
アブストラクトURL：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0335-4

本研究は、JSPS科研費JP17H01168, JP15KK0151, JP26247085の助成を受けて実施されたものです。

発表雑誌

雑誌名：「Nature Geosciences」（2020年4月20日）
論文タイトル：Eurasian Ice Sheet collapse was a major source of Meltwater Pulse 1A 14,600 years ago.
著者：Jo Brendryen, Haflidi Haflidason, Yusuke Yokoyama, Kristian A. Haaga, and Bjarte Hannisdal
DOI番号： 10.1038/s41561-020-0567-4 
アブストラクトURL：https://www.nature.com/articles/s41561-020-0567-4 

問い合わせ先

東京大学 大気海洋研究所 高解像度環境解析研究センター
教授　横山　祐典（よこやま　ゆうすけ）
Email: yokoyama◎aori.u-tokyo.ac.jp　　　　　「◎」は「@」に変換してください

用語解説

（注1）西南極氷床

南極横断山脈を挟んで西側の地域。西南極氷床が全て融解すると世界的に海水準を5m以上上昇させるほどの氷を蓄えています。ほとんどの部分が海底に直接着底しているために、海洋循環や温暖化による影響を受けて、とけやすいと考えられています。

（注2）海洋大循環

北大西洋を起源とした一周が約1,000年ほどの循環。海水の塩分と温度差によって駆動される。熱塩大循環とも呼ばれています。現在北大西洋で毎秒約2000万km³の海水が沈み込むことで、高緯度に熱を運び、温暖な気候が保たれていると考えられています。

添付資料

図1：約2万年前の直近の氷期に北半球に存在した氷床の位置。南極氷床と同程度の厚さの氷床が北米にも北欧にも存在していた。今回の研究対象としている北欧氷床の位置（上図赤枠：Yokoyama et al. 2019 Oceanographyの図を改変）。それぞれの氷床の名称（下図：Denton and Hughes 1981を改変）。

図2：南極氷床と氷床底の基盤高度（Bedmap 2: Fretwell et al. 2013を基に作図）。西南極のほとんどは水色で氷床が海底に直接着底していることがわかる。

図3：海洋大循環の簡略図。Xは北大西洋と南極海で見られる海水の沈み込み地点。赤の楕円は北欧氷床が存在していた地点。毎秒2000万km³という大量の塩分の高い海水が、北大西洋で沈み込むことにより地球規模の循環が形成されている。茶色は表層の流れ。青色は深層水の流れ。この大循環によって地球の気候がマイルドに保たれているとされている。

図4：高精度な年代測定が可能になった日本で唯一の東京大学大気海洋研究所に設置のシングルステージ加速器質量分析装置。(a)全景。(b)24万ボルトの加速部。