数百万のIPが科学技術の人材を育成し、国を強くする丨海洋科学：西太平洋暖水プールが地球の気候をどのように制御するか

地球の気候システムにおける最大の熱貯蔵庫である海洋は、地球の気候を調節する上で重要な役割を果たしています。海洋熱量の変化のメカニズムとそれが地球の気候システムに与える影響を理解するには、機器による観測データを補足する長期的な地質学的記録が必要です。 2022年10月19日、ネイチャー誌は同済大学海洋地質国家重点実験室の姜志民教授チームの重要な科学研究成果をオンラインで公開した。この成果は、チームが長年にわたり西太平洋暖水域の表層水に関する古海洋学の研究を続けてきた成果です。彼らは、温水プール領域の海洋熱量がアジア大陸と太平洋の間の水蒸気の移動を調節できることを発見した。この研究は、地球規模のモンスーンの水循環とアジアの石筍の水蒸気の動態に対する新たな説明を提供するだけでなく、古海洋学の新たな分野を開拓するものである。

温水プール（暖かい海の領域）は、周囲の気候に影響を与える可能性のある巨大な湯たんぽのようなものです。気温が上昇すると、より多くの水蒸気がアジア大陸に向かって漂い、そこで雨が降ります。逆に、気温が下がると、アジア大陸の降雨量は減少します。この研究は、このプロセスの背後にある秘密を理解するための扉を開く鍵のようなもので、気候変動がどのように起こるのかをより深く理解するのに役立ちます。この研究は、地球規模のモンスーンの水循環を理解するための新たな視点を提供するだけでなく、気候の進化を理解する上で非常に重要な古海洋学の新たな分野を開拓するものである。

この研究では、プランクトン性有孔虫の殻の地球化学的分析法を用いて、過去36万年間の西太平洋温水プールの上層（0～200メートル）における海洋熱量の変化を再構築した。プランクトン性有孔虫は海洋に広く分布する微小な生物です。貝殻には現在の海水温を反映する情報が含まれています。これらの貝殻の地球化学的分析を行うことで、海洋温度の歴史的な変化を間接的に推測することができます。この研究は非常に興味深いです。科学者たちは深海からタイムカプセルのような岩石コア10個を採取し、その中には多数の小さな海洋貝の化石が含まれていた。科学者たちは、貝殻の「身分証明書」を使って古代の海の温度を理解するのと同じように、これらの貝殻の化学組成比を測定した。研究チームは、36万年前以来、温水プール域の上層の海水温が主に2万年周期で定期的に変化し、時には4万年周期で小さな変動を伴っていることを発見した。これらの変化は太陽光の角度の変化によって起こり、低緯度地域の熱分布に影響を与え、ひいては深海の循環を変化させます。

さらに驚くべきことに、この研究では、温水プール地域の海水温が過去36万年間に3回、およそ10万年に1度、特に高い時期を経験していることも判明した。これらの時期には、太陽の放射と地球の軌道の変化が相まって温水プールの温度が上昇し、同時に地球の氷の一部が溶けて地球全体の海洋熱が上昇します。この研究は、CESMと呼ばれるスーパーコンピュータモデルによるシミュレーション結果と非常によく似ており、あたかも実際の実験と仮想実験の結果が一致しているようです。さらに、科学者たちは貝殻の化石を通じて古代の温水プールの表層水の酸素同位体の変化も「知っていた」が、これは中国の洞窟の石筍の記録とも似ている。石筍の酸素同位体の変化から、古代の降雨量を知ることができます。簡単に言えば、温水プールの温度が上昇すると、そこにある海水の蒸発量が増え、海水中の酸素同位体が重くなります。一方、モンスーンによる降雨量の増加により隣接する陸地は湿潤し、雨中の酸素同位体は比較的軽くなります。これは海の「給水塔」のようなものです。温水プールの温度変化は海水の蒸発と陸地への輸送を制御し、それによって海と陸地の間の水蒸気と熱の交換を促進します。温水プールが熱くなると、より強力なポンプのように機能し、より多くの水蒸気を陸地に向かって押し出し、モンスーンの雨量を増加させます。これは、海と陸を密接に結び付け、地球の気候を共同で調整する、自然の巧妙なメカニズムのようなものです。

この研究成果は学界や社会から広く注目を集めています。これは、海洋熱量の変化とそれが気候システムに与える影響についての人々の理解を深めるだけでなく、将来の研究に新たな視点と方向性を提供します。

著者: 朱野花、清華大学環境科学博士

査読者: 劉元坤、北京理工大学准教授