A Positive Feedback between Iceberg Calving and Local Sea Level through Hydrostatic Pressure
本研究は、氷床の質量減少によって引き起こされる局所的な海面低下が、さらなるカービング（氷山分離）と氷の喪失を加速させるためにカルビングフロントにおける静水圧を減少させるという、これまで未解明であった正のフィードバックメカニズムを明らかにしており、最終的に200年間で予測される氷床質量減少を86%増加させるとともに、将来の予測において局所的な海面動態をカービング過程と結合させる必要性を強調している。
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グリーンランドや南極の巨大な氷床は、静止した記念碑ではありません。それらは、周囲の海洋と絶えず相互作用しながら流れる、凍った水のダイナミックな河川なのです。これらの巨大なシートが氷を失うとき、それは単に海に水を加えるだけでなく、近くの水面の形状そのものをも変化させます。氷は非常に重いため、その重力によって周囲の海水を自らの方へと引き寄せます。氷河が縮小すると、その重力的牽引力が弱まり、水が広がることを許容するため、氷の縁付近では局所的な海面が実際に低下します。科学者たちは、この局所的な海面低下が融解のブレーキとして機能することを古くから知っていました。水が接地した氷河の底部から退くと、氷の流れは遅くなり、グラウンディング・ライン（接地線）の後退が安定します。この安定化効果は、研究者が将来の海岸線を予測する際の鍵となってきました。
しかし、ジョージア工科大学とダートマス大学の研究者による新しい研究は、この関係がこれまで考えられていたよりも複雑であることを明らかにしています。海面が低下することで陸からの氷の流れは遅くなるかもしれませんが、同時に氷河の端における氷山の分離を加速させる可能性があるのです。研究者たちは、氷の喪失が急速に加速している西南極のアムンゼン海セクターに焦点を当てました。彼らは、局所的な海面が低下すると、接地した氷の底面を押し返す水圧が減少することを発見しました。この静水圧の減少が張力を生み出し、氷が割れて砕け散ることを促し、より多くの氷山が海へと崩落（カービング）する原因となるのです。運命のいたずらに、かつては氷の喪失を遅らせると考えられていたメカニズムが、特定の条件下では、それを加速させる連鎖反応を引き起こすのです。
この仕組みを理解するために、研究チームは高度なコンピュータモデルを用い、南極で最も脆弱な氷流であるピイン・アイランド氷河とスウェイツ氷河の未来をシミュレートしました。彼らは、局所的な海面が特定の量（1メートルから20メートルまで）低下した場合に、氷がどのように反応するかを見るために一連の実験を行いました。初期のテストでは、氷河が水と接する最前部に対してのみ海面低下を適用しました。その結果は驚くべきものでした。カルビング・フロント（氷山分離前線）で海面が低下すると、通常は陸からの氷の流れを食い止めるバットレス（支え）として機能する棚氷が、はるかに速く崩壊し始めました。これらの棚氷による支えがなくなると、氷河は急速に後退しました。海面が前部で20メートル低下したシミュレーションでは、海面変化がないシナリオと比較して、氷の喪失が300％以上増加しました。逆に、同じ海面低下を氷が最初に陸を離れる地点にのみ適用した場合、氷河は減速しました。これは、海面低下がグラウンディング・ラインを安定させるという旧来の理論を裏付けるものでした。
この発見の真の威力は、研究者がこれらの効果を完全に結合させたシミュレーションを用いたときに現れました。海面を特定の場所で強制的に変化させるのではなく、氷の融解に応じて、重力の変化や地殻の隆起・沈降を考慮しながら、海面が自然にどのように変化するかをモデルに計算させたのです。この現実的なシナリオでは、氷河が後退するにつれて、その直前で最も顕著に海面が低下しました。この局所的な水位の低下が氷の面に対する圧力を減少させ、氷の破断と分離をより頻繁に引き起こしたのです。研究者たちは、融解が海面低下を引き起こし、それがさらなる融解を引き起こすというこの正のフィードバック・ループが、グラウンディング・ラインで見られた安定化効果を圧倒することを発見しました。200年間の期間において、完全に結合されたシミュレーションでは、局所的な海面と氷山分離の間の相互作用を無視したシミュレーションよりも、氷の喪失が86％高くなりました。
この知見は、氷床と局所的な海面を別々のシステムとして扱ったり、あるいは海面が陸からの氷の流れにどのように影響するかのみを考慮したりすることが多い現在のモデルが、南極の氷がいかに速く失われるかを過小評価している可能性があることを示唆しています。研究は、氷河の前方で氷が砕け散るプロセスが、内部からの氷の流れと同様に、局所的な水圧に対して敏感であることを強調しています。もし氷の縁付近で海面が低下すれば、それは重要な支持システムを取り除くことになり、氷が割れて崩れ落ちることを容易にします。研究者たちは、将来の海面上昇を正確に予測するためには、科学者はこの繊細なバランスを考慮しなければならないと強調しています。氷床は単に質量を失っているだけでなく、周囲の海洋を再形成しており、その再形成が、さらに氷を失わせる要因となっているのです。この相互作用のサイクルは、氷床の未来が、安定化させる力となるはずのものを急速な変化の触媒へと変えてしまうフィードバック・ループによって、以前の計算よりも不安定なものになる可能性があることを意味しています。
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