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人為的な気候変動に対して南極氷床がどのように反応するかを理解することは簡単な問題ではありませんが、海面上昇などの影響に備えるために社会が必要とする正確な予測は必要です。 そのためには、南極のどの部分が後退するのか、また変化の期間や速度についての知識が必要であり、そのためには、地球システムに基づくすべての科学分野の観測とモデリングの知識を統合する必要がある。 レビューズ・オブ・ジオフィジックスに掲載された最近の論文では、南極氷床の大気や海洋との相互作用、氷塊の変化に対する固体地球の反応、氷や海洋の過去の変化の記録など、これらの情報をまとめています。 太陽から受けるエネルギーの小さな変動を増幅し、世界の海面や炭素循環の変化に影響を与えることで気候を修正し、大気、海洋、固体地球にわたる重要なフィードバックを支配しています。

氷床はどのように気候を修正し相互作用するか。 Credit: Redrawn from Wallmann et al.

例えば、氷と海が接する白い大陸の端では、いくつかの重要な気候相互作用が起こる。 特に、海洋の表層が季節ごとに凍結して海氷ができ、地球の反射率に影響を与え、南洋の主要な生態系を支え、大陸棚の形や氷山の位置などの要因によっては、世界の深海を酸素化し、世界の循環を促進する南極底水の形成に影響を与える。

南極氷床は現在の人為的な気候変動にどのように対応しているのでしょうか。

過去20年間、南極からの大陸氷の喪失は加速しており、特に西南極では約5メートルの海面上昇の可能性を持っています。 最も脆弱な地域は、西南極の主要な出口氷河(パインアイランドやスウェイツなど)や南極半島で、大気と海洋の両方の循環パターンの変化によって融解が進んでいる。

西南極は、接地氷が海面下数千メートルの低地盆地にあることから海洋温度上昇に特に敏感である。 氷は大気温度変化に比べて比較的ゆっくりと反応するため、人為的な気候変動に対する現在の反応は、将来の氷の喪失のタイミングと最終的な大きさについての疑問は残るものの、南極のこのセクターからの海面上昇に対する長期的なコミットメントを設定する。 これらの盆地は20m程度の海面上昇の可能性を持っている。 東南極のいくつかの盆地の最近の海洋主導の融解は、他のセクターでの降雪の増加によってバランスが取られており、気候変動の役割は質量損失の予測を複雑にしている。 氷床が過去の気候変動にどのように反応したかの記録は、南極氷床の変化とそれに伴う海面上昇に関わる重要なプロセスについての洞察を提供することができます。 例えば、後退をシミュレートする氷床モデルで物理的プロセスをどのように表現するかを改善するために使用されています。

現在の気候変動の速度は、過去の自然気候強制の期間に観測されたものよりはるかに高いです。 しかし、過去の急激な海面上昇の事象は、一般的に1世紀あたり最大1.4メートル(2σ)の速度で特徴づけられ(Grant et al.)、これは2013年のIPCC第5次評価報告書の2100年までの世界の海面上昇の推定値よりも高い。 このことは、人為的な気候強制による海面上昇の予測速度が上方修正を必要とする可能性を示唆している。

南極の将来の挙動に関する予測の信頼性を高める鍵は、現代および過去の氷床の反応に基づく、氷床モデルにおける物理および氷のプロセスの正確な表現にある。

また、長期的な氷塊の歴史を制約することは、氷床の下で固体地球がどのように反応するかを明らかにし、気候変動に対する氷床の反応を弱めることも増幅することもできるので重要です。

東南極のビンセンズ湾近くの氷床。 気候の温暖化は、水力破壊や氷山の分娩を加速させ、南極氷床の安定性に影響を与える可能性があります。 Credit: Felicity McCormack

南極氷床によって、世界の海面がどのくらい変化するかを正確に見積もることは可能ですか?

南極氷床の融解によって、どのくらいの海面上昇が予想されるかについては、氷床の損失を引き起こす物理プロセス、気候強制力の速度と大きさ(すなわち,

大陸全体にわたって、氷、海洋、固体地球の間の動的なプロセスと相互作用を十分に細かい空間的・時間的解像度で捉えるには、技術的にも計算上も特別な課題がある。 過去5年間のモデリング研究によって、今後100年間の海面上昇に対する南極大陸の寄与は0.15メートルから0.4メートル、さらには1メートルにも及ぶと推定されている。

この範囲は、棚氷崩壊のタイミング、これらのプロセスの基礎となる物理学、および氷床に適用される気候強制力の違いを明らかにし、モデル予測の調整に使われる古海面推定値の不確実性を減らす必要性を強調する。 海面上昇は、南極のどこで氷が失われるか、また重力、地球の自転、地球全体の固体地球反応に関連する影響によって、非常に地域的なものになるでしょう。

南極氷床のプロセスと挙動に関する我々の理解において、最近の最も重要な進歩は何ですか? ICECAPのような氷床の航空物理学的調査は、氷床が気候の変動や変化に対応してどのように進化しているかを明らかにすることができます。 Credit: Felicity McCormack

氷塊の変化に対する地殻と上部マントルの反応をモデル化し観測することは、かなり進歩しました。 このことは、現在の氷床の質量バランスの理解と、最後の氷河期の氷河の後退の空間的な違いの説明に大きく貢献している。

さらに、特に西南極の岩石圏が急速に調整できる地域で、接地線の後退を遅くするメカニズムが、10年-100年の速い応答時間スケールの地球内部構造の新しい観測と、南極下の地球構造のよりリアルな3次元モデルの組み込みによって裏付けられてきた。

過去の気候温暖化期間における南極大陸の挙動について、高い時間分解能を持つ海洋および氷床記録からの新しい観測は、氷床が海洋および大気の強制に対して短期間(百年単位)で迅速かつ劇的に反応しうることを明らかにしている。 他の証拠は、最終間氷期や1~2℃の温暖化を伴う過去の間氷期において、東南極の海洋ベース部分が今日の気候変動と比較して弱い気候強制に敏感であったことを指摘している

さらなる研究、データまたはモデリングを必要とする未解決問題のいくつかは何か? 南極氷床は将来どれくらいの速さで融けるのか? その答えは、地球システム間の相互作用を正確にとらえた結合モデルの開発に依存しています。

観測は、気候変動と変化の検出と帰属を含む現在と過去の気候傾向に関する情報、氷の動的プロセスのモデル表現の根拠付け、および地球システム間の相互作用に役立つでしょう。

この問題に取り組むためには、南極の棚氷周辺の高解像度水深データ、海洋状態の継続的な測定、氷床の異なるセクターからの過去の海面上昇寄与の改良推定、棚氷-海洋相互作用を捉えることのできるモデル、およびこれらのシステムの時間的進化が必要です。 東南極の質量バランスの観測には大きなばらつきがあり、ある地域では質量が増加し、別の地域では質量が減少しています。 しかし、変動や傾向を特徴付けるのに必要な観測値が少ないことや、信号対雑音が小さい(降水量が少ない)ことなどから、質量収支の推定値には大きな不確実性があり、変化の検出や帰属は困難です

その他、未解決の問題が残されています。 南極の雪解け水は気候にどのような影響を与えるのか? 南極の雪解け水の放出に伴う、南極上層海の成層、海氷、表層海中の熱蓄積、および南極海循環や広範な生態系の反応に対するフィードバックはどのようなものか? 急速かつ不可逆的な氷塊減少のティッピングポイントはどこか? 氷床と他の地球システム(海洋、大気、固体地球)との間の連成フィードバックは、氷塊の減少を促進または減少させる可能性があるが、どのようなものか? また、固体地球のリバウンドは、氷河後退のタイムスケールをどのように変更するのだろうか? 最後に、モデルにおける氷の流れの物理的表現は、観測が困難な底部環境の知識に依存しており、例えば、氷の力学を修正する氷河下の水文学の役割など、さらなる不確実性をもたらしている

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