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南極海:並外れた生態学的富と気候の重要な役割

パー セリドウェンフレイザー; クリスティーナハルベ; クレイグ·スティーブンス, 国立水大気研究所 et ヒューグリフィス, イギリス南極調査

2018年、カードが騒ぎを引き起こしました。 の名前で提示 「スピルハウス射影」、それは、海盆によって形成された連続体を反映するように、南極からの地球の表現を提供します。 この見通しは、主に海に支配されている南半球に住むすべての人に与えられています。

世界の海の地図
Spilhausの地図は、世界の海をXNUMXつの水域として表しています。 Spilhaus ArcGISプロジェクト、CC BY-ND

それでも、南極海は、 南極海、他とは異なり、すべての最上級を引き付けます。

熱と炭素の貯蔵庫

まず、過剰な熱とCOを吸収する能力を見てみましょう。2。 世界中の海洋は、化石燃料の使用によって生成される過剰な熱の90%以上と、CO排出量のXNUMX分のXNUMXを占めています。2 それから生じる。

南極海、外洋と海氷
南極海は、地球の主要な蓄熱器であり、二酸化炭素の吸収源です。 Crag Stevens、著者提供

南緯30度線を越えて位置する南極海は、この地球規模での過剰な熱の吸収に75%近く、COの隔離に約35%貢献します。2 大気中の余剰。 これはそれを地球上の主要な蓄熱器と炭素吸収源にします。

北極海を除いて、南極海は南極環流(CCA)、地球上で最も強力な海流。 その流れは、世界のすべての川のXNUMX倍です。 オンタリオ湖を数時間で満たすのに十分でしょう!

CCAを特徴付ける流れと速度は、強風とほとんど途切れることのない南極のバイパスによって説明されます。

かき混ぜる流れと巨大な波

咆哮するXNUMX年代、遠吠えするXNUMX年代、そしてうなるXNUMX年代は、南極海をほぼ絶え間なく襲う強い偏西風を表しており、この最も波打つ海面の研究を困難にする印象的な波を形成しています。

南極海を横断する船
強い偏西風と南極環流が南極海に巨大な波を生み出します。 クレイグスティーブンス、著者提供

しかし、この複雑な表面で発生する熱と炭素の移動は、地球規模で重要な役割を果たしていることを私たちは知っています。 したがって、海洋学者は、この敵対的な環境に適応したツールを設計しました。

深海に戻る前に、さまざまな海流が混ざり合って強まります。 クレイグスティーブンス、著者提供

南極海を完全に理解するためには、それを三次元で考える必要があります。 さまざまな特性を持つ電流が水平方向と垂直方向の両方で交差し、渦潮を形成します。

比較的暖かい亜熱帯の流れが南の流れと混ざり合い、北大西洋の深く冷たい水が地表に上昇し、さらに冷たい極水塊が北に移動してから再び深さで合流します。

この複雑な相互作用は、風と海底のプロファイルによって支配されます。

北には、ドレーク海峡(幅850 km)とケルゲレンおよびキャンベル海底高原のXNUMXつの主要なナローしかありません。 さらに南では、南極環流が南極と衝突します。

海は、惑星の気候システムに関して、一緒になって再び重要な役割を果たします 周極深海 南極の極寒の海で比較的暖かく、そしてますます暖かくなります。

数百万km²の海氷

南極周辺の海氷の形成と融解の年次サイクルは、地球を定義する現象のXNUMXつであり、南極海の役割のもうXNUMXつの重要な側面です。 この観点から、XNUMXつの極域は非常に異なります。

北極が陸に囲まれた小さな深海を表し、狭いアクセスルートしか提供していない場合、南極大陸は、毎年15万平方キロメートルの海氷が形成され、海に隣接する大陸棚によって形成される広大な陸域を構成します。吸収された。

南極周辺の海氷
南極に隣接するシガと氷の崩壊は、世界最大の季節的現象です。 マキシムトゥピコフ/シャッターストック

起こったかなりの目立った変化とは異なり 北極圏で、南極の海氷 あまり目立たない進化を遂げた。 海は温暖化したものの、2016年まで徐々に北上し、その後急激に衰退しました。

私たちが観察した場合 南極の海氷の年周期、年間の気温の変化に応じて伸び縮みすると信じられます。 しかし、ほとんどの海氷は実際には ポリニアス、これらの「製氷工場」は海岸近くにあり、大陸の強風と凍てつく風がプレートを作成し、すぐに分散させるのに貢献しています。

このプロセスは、私たちを地球規模の海洋循環の問題に戻します。 新しい氷のパッチが形成されると、凍った海水の塩が引き出されて低水域に合流し、この冷たくて塩分の多い海水は、北に向かう前に海底に向かって進み続けます。

したがって、ポリニアは、ほぼXNUMX年のサイクルの間に、海流が北に向かって地表に上昇する前に極の深さに向けられる、グローバルな輸送ネットワークを中断する停止ステーションに匹敵します。

温暖化の影響下

コンピューターシミュレーション 南極周辺の棚氷が過去数千年にわたって経験した変動を説明することを可能にしました。

氷床のこれらの浮遊延長部が海と直接接触していることを知って、それらは強調します 氷河の脆弱性 大陸から気候条件。 棚氷と接触する海とさまざまな種類の水域の温暖化は、棚氷、したがって氷床全体を変更する可能性があります。

南極のライザーラーセン氷棚
浮かぶ棚氷は、巨大な南極氷床のバットレスとして機能します。 sirtravelalot / Shutterstock

ただし、棚氷は温暖化に同じように反応しません。 いくつかの海の空洞は低温を特徴とし、ゆっくりと進化します。 他のものは、極地の深い水との相互作用のために、極地の文脈では「暖かい」と表現することができます。 ただし、後者は変更の過程にあります。

雪氷圏に関連する多くの現象を調べることができます 宇宙から、しかし、海が氷の下でどのように振る舞うかを完全に知ることができるためには、数百メートルの深さまで潜る必要があります。

気候予測を行うには、私たちが調査を始めたばかりの世界の一部で、潮汐サイクルなどの短期間に発生する複雑なプロセスを理解する必要があります。

顕微鏡下で次のXNUMX年代

これと同じくらい印象的で混沌とした状況では、それを綿密に研究できるようにするためにロボット機械に頼る必要があります。

衛星は1980年代から海面をスキャンしてきました。この技術により、気温や海洋レベルの測定、さらには生物多様性の推定も可能になりますが、それでも深淵で何が起こっているのかはわかりません。

Le アルゴプログラム1990年代に打ち上げられたは、最大XNUMX kmの深さの温度と塩分を測定するために、漂流する海洋プローブのネットワークを設定することにより、地球科学の分野に革命をもたらしました。

海洋探査機を配備する海洋科学者
アルゴプローブは、南極海の流れに沿って漂流することにより、塩分と温度を測定します。 NIWA /ダニエル・ジョーンズ、著者提供

海洋調査船であるカハロアは、これらの探査機を南極海に投下した記録を保持しており、オーストラリア南部やインド洋までの最近のミッションで特に使用されました。 Covid-19パンデミックによる制限.

アルゴ計画は、海洋観測の新時代の始まりを示しています。 海洋温暖化の程度を評価するためにプログラムで使用される水中プローブは、現在、水面下XNUMXkmで降下することができます。

昨日の南極海と明日の南極海

惑星は常に今日のように見えたわけではなく、南極海は常に存在したわけではありません。 過去には、大陸と海盆の構成は確かに非常に異なっており、気候は、今日私たちが知っているものとはかけ離れた原則によって支配されていました。

人類の進化の限られた観点から、南極海は常に気候システムの安定した構成要素であり、氷河の振動の影響を比較的受けていませんが、氷河作用のサイクルは数万年にわたって行われることを覚えておく必要があります。

一方、私たちの時代が地球に課している気候変動は非常に残酷です。 地質学的には、産業革命が始まってからXNUMX世紀ほど経ったことはあまり意味がありません。

南極の棚氷の分娩
気温の上昇は南極の氷床に大きな影響を及ぼしています。 Bernhard Staehli / Shutterstock

短期的(2050年まで)と長期的(2300年まで)の両方の進展を予測することは困難です。 物理現象の観点から何が起こるかについてはほとんど疑いがありませんが、それらがいつ発生するかを予測することはより困難です。

海洋、大気、氷河のプロセスをよりよく理解するためのシミュレーションツールは、棚氷と海洋乱気流によって形成された空洞を考慮に入れ始めたばかりです。 しかし、気候モデルの最新の統合は、次の点での進歩を証明しています。 南極海がどのように機能するかのシミュレーション。 一方、海氷はまだモデル化が非常に困難です。

そのため、世界中の科学者が、この非常にユニークな海の機能をよりよく理解するために、これまで以上に効率的なコンピューターモデルを使用して収集されたデータの処理に取り組んでいます。

負の温度を持つどのような生命体ですか?

一見すると、南極大陸は、完全に氷と雪で構成され、せいぜい海鳥といくつかのアザラシが点在する、人を寄せ付けない、ほとんど無菌の環境のように見えます。

しかし、水面下には、単細胞藻類や小さな無脊椎動物が進化する生命や複雑な生態系だけでなく、ペンギン、アザラシ、クジラなどの大きな捕食者でいっぱいの宇宙が隠れています。

したがって、南極海には 9の海洋種、その場で行われた遠征と実験室での研究の過程で索引付けされなくなることのないものを数えずに。

高波と戦う船
嵐の中のドイツの調査船FSポーラーシュテルン。 Huw Griffiths、著者提供

南極海での生活を研究することは、その課題を提示します。 波はそこに到達することができます 高さ20メートル以上 氷山や海氷が散らばっていることがあります。

淡水が0°Cで凍結すると、水温がマイナスになることがよくあります。 固化するには海水を-2°Cまで下げる必要があります。 南極海でのダイビングは可能ですが、生物に関するほとんどの研究は、リモートサンプリングデバイスを使用して行われます。

したがって、海洋学者は次のようなロボットツールを使用します 無人水中ビークル 観察してサンプルを採取するには、 深さを浚渫する 彼らが収容する生物を集めるために。 海洋哺乳類の遺伝子サンプルは、カニューレを使用して取得されます 生検 (針に似ています)離れた場所から回収する前に、標本からサンプルを採取することができます。

環境DNA(DNA)多様性に関する知識の向上に貢献します。 水から採取されたサンプルは、遺伝的手法を使用してろ過および分析されます。遺伝的手法は、一般に、どの種が存在するか、またはどの種が消失したかを識別します。

各遠征は、の発見につながります nouvellesespèces それらが常に存在するとは限らない場合 商業的利益の、はすべて南極海の生態系の重要な要素です。 この地域の多様性に関する知識はますます高まっています。

しかし、この空間は、特にその広大さによって、大部分が未踏のままであり、十分に文書化されていません。

極巨人症

ここで、一次生産者(すなわち、食物連鎖の根底にある生物)には、単細胞藻類も含まれます- 珪藻、非常に複雑なパターンの珪質外殻-のみ 大型藻類、褐藻のように。

南極の海氷の下側に生えている藻類
海氷の下側に付着した藻類アンドリュー・サーバー、著者提供

褐藻やその他の大型藻類は通常、氷山の削り取りによって海底が触れられていない場所でのみ生き残ります。 珪藻種には多くの種類があり、そのうちのいくつかは海氷の下に豊富にあります。

氷雪藻は、 オキアミ、南極海の食物網に不可欠なリンクを構成するこれらの小さな甲殻類。

南極オキアミ
ナンキョクオキアミは、南極海の海洋生態系に不可欠な種です。 英国南極観測局、著者提供

驚くべきことに、南極海は水がまだとても冷たいので、熱水噴出孔もあります。 ザ・ そこに住む種、その中で非常に高濃度の甲殻類と棘皮動物は、太陽放射からではなく、地球の地殻から逃げる化学物質からエネルギーを引き出します。

スコットランド東部の尾根にある南極の熱水噴出孔。 この画像は、ChEsSO遠征中に水中ロボットを使用して撮影されました。 ChEsSO / NERC、作成者提供

南極の無脊椎動物は 90%以上 南極海で見つかった種の半分以上は他のどこにも住んでいません。

これらの無脊椎動物は、一般に、さらに北のより冷たい水域に生息する無脊椎動物よりもはるかに大きいです。 この現象は、 「極巨人症」 他の多くの種に影響を及ぼし、前腕と同じ大きさの巨大なクモガニ、巨大なスポンジ、環形動物のワームをもたらします。

南極のロテラ駅でダイビングをしている科学者がよく見かける無脊椎動物のセレクション
ダイビング中にロテラ駅の研究者がよく遭遇する無脊椎動物もいます。 英国南極観測局、著者提供

南極の無脊椎動物がなぜこんなに大きいのかは誰にもわかりませんが、これは酸素レベルが高く、成長速度が遅く、サメやカニなどの特定の捕食者がいないことが原因である可能性があります。

海底に生息する色とりどりの生き物
南極沖の海底無脊椎動物。 アルフレッドウェゲナーインスティテュート、OFOBSチーム、著者提供

無制限のオキアミおよび不凍タンパク質

海洋食物連鎖では、ナンキョクオキアミは藻類などの一次生産者と南極の有名な頂点捕食者の間に位置しています。

ヒゲクジラは、入手可能な膨大な量のオキアミ(10立方メートルあたり000〜30個体)から多くのエネルギーを得ており、ペンギンとアザラシの糞のピンクの縞は、ペンギンもこれらのおいしい甲殻類を好んでいることを示しています。

デセプション島のヒゲペンギン
デセプション島のヒゲペンギン。 彼らの糞は、オキアミを多く含む食事のために、しばしばピンクがかっています。 ミシェルラルー、著者提供

魚や頭足類(イカやタコなど)は南極海に豊富に生息しているため、南極海などの深海に潜る海洋哺乳類に栄養を与えます。 ゾウアザラシ。 魚のいくつかの種は、これらの冷たい、酸素が豊富な水に非常によく適応しているので、もはや血液中に赤血球を生成しませんが、むしろ 不凍タンパク質 氷点下の水中で生き残ることができます。

南極海のミンククジラ
多くの種類のクジラは、夏には南極の生態系に餌を依存し、冬にはより低く暖かい緯度に移動して繁殖しますが、南極のミンククジラは一年中そこにとどまります。 Huw Griffiths、著者提供

海洋環境の保全

南極海で最も恐ろしい捕食者は間違いなく 人間。 辺鄙な地域ですが、南極に接する海は、200年前の大陸の「発見」以来、集中的に利用されてきました。

最初にアザラシ猟をし、次にクジラの漁師がこれらの種を絶滅の危機に瀕させました。 油を求めて追い詰められたペンギンも、それを逃れていません。

放棄された捕鯨基地
遺棄された捕鯨基地。 セリドウェンフレイザー、著者提供

今日では、それは主に魚とオキアミの資源です( ダイエットまたは栄養補助食品)影響を受けており、一部の人口が急激に減少しています。

海洋の温暖化や酸性化などのより間接的な原因が漁業の結果に加わると、 オキアミの個体数は減少する可能性があります、クジラなどの頂点捕食者の数が減少します。

南極海の生態系に人々がどのように影響するかを示す図
人間の活動は、直接的(紫色の矢印)と間接的(赤い矢印)の両方で、南極海の生態系に強く影響します。 From:Chown et al(2015)南極の生物多様性の変化する形態。 Nature、522:431-438、CC BY-ND

南極海での漁業の規制は、これらの海域が単一の国に属していない限り、多くの問題を引き起こします。 活動の影響をより適切に管理するために、漁獲量を制限するための割当量が南極海洋生物資源保護委員会によって設定されています(CCAMLR).

この国際機関はまた、新しい海洋保護区の創設に努めています。 これらの収穫規制措置がなければ、食物連鎖の必須要素(オキアミなど)の搾取は生態系の崩壊につながる可能性があります。

変化する環境、乱れた生態系

毎年21人以上の観光客や研究者が南極大陸を訪れ、環境を汚染し、病気や侵入種を持ち込むリスクを負っています。 これらの生態系に対する人間の活動の影響を管理し、政治的交渉を促進するために、南極条約は000年23月1961日に発効しました。

これは、南緯60度線の南で実行されるすべての活動を管理し、 環境を守ること.

それにもかかわらず、地球規模の気候変動と海洋酸性化の影響は、南極海では議論の余地がありません。 それらは海温を上昇させ、海氷を後退させ、棚氷を崩壊させました。

南極沿岸沖の海
南極海の海は驚くべき速さで温暖化しています。 セリドウェンフレイザー、著者提供

ますます多くの研究が、南極海でさえ、それでもそれほど遠く離れていても、世界の他の地域から実際に遮断されていないことを示しています。 温暖化現象プラスチック汚染 そして外因性の種は今、堂々としたものを横切ることによって南極海に到達します 寒帯前線.

南のビーチのアザラシと海藻
Lutkeのnereocystisは南極では成長しませんが、非常によく浮きます…最近の研究では、南極まで漂流する可能性があり、南極海を数万キロメートル移動することが示されています。 著者提供

これから、漂流する外因性藻類のクラスターが南極海を横切り、南極の海岸に到達し、時には特定の動物を紹介します。 彼らは今のところ大陸の極端な気象条件を生き延びているようには見えませんが、温暖化はゲームチェンジャーになる可能性があります。

南極大陸への新種の到着と定着は、必然的に大陸の並外れた動植物に大きな圧力をかけるでしょう。

アデリーペンギンは大陸の氷河で休息して巣を作りますが、海に参加して餌を探します。 ミシェルラルー、著者提供

しかし、状況はまだ壊滅的ではありません。 数十年前の南極条約の発効は、州が大陸が直面している課題を解決するために協力できることを示しています。 これは、例えば、南極大陸に海洋保護区が創設されたことによって証明されています(AMP).

このようなレベルの国際協力は、南極海の将来だけでなく、人類が直面している他の主要な課題にも希望をもたらします。


ダミアン・アロによる英語からの翻訳 高速ForWord会話

セリドウェンフレイザー、 准教授; クリスティーナハルベ、測量学部(雪氷学専門)の教授および学部長。 クレイグ·スティーブンス、海洋物理学の准教授、 国立水大気研究所 et ヒューグリフィス、Marine Biogeographer、 イギリス南極調査

この記事はから再発行されています 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で。 を読む原著.

©は注目の画像を編集します: Song_about_summer、Adobe Stock

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