Ocean memory amplifies Antarctica's sea-level contribution after climate overshoot

南極の氷床は、静止した凍った水の塊ではありません。それらは、上空の空気や下の海洋と絶えず相互作用する、動的でゆっくりと移動する氷の河です。何世紀もの間、科学者たちは大気が温暖化すれば氷が溶けることを理解してきました。しかし、これらの氷床の浮遊する縁の下では、より微細で強力な力が働いています。それが海洋です。温かい海水は、氷の下側から氷を溶かし、背後の巨大な氷河を食い止めている浮遊棚（棚氷）を薄くさせます。これらの棚氷が弱まったり崩壊したりすると、背後の氷河は加速し、海へとより多くの氷を注ぎ込み、世界の水位を上昇させます。このプロセスは「海洋メモリ（海洋の記憶）」として知られる概念によって支配されています。熱いコーヒーが、部屋の温度が下がった後でもなかなか冷めないのと同じように、深海は上空の気温が下がり始めてからも、数十年あるいは数世紀にわたって熱を保持します。この残存する熱は、大気が回復し始めてからもしばらくの間、海洋が氷を侵食し続けることを意味します。

この遅延は、将来の海面水位に対する重大な不確実性を生み出します。もし世界が温室効果ガスの排出量を抑え、大気を冷却することに成功した場合、氷床は直ちに質量を失うのを止めるのでしょうか、それとも海洋が温かいままなので氷は縮み続けるのでしょうか。タスマニア大学の研究者を中心とする国際的なパートナーによる新しい研究は、高度なコンピュータ・シミュレーションを用いてこの問いを探求しています。彼らは、具体的かつ緊急の問いを投げかけました。もし地球がパリ協定で設定された温度制限を一時的に超えた後、再び冷却に向かうとしたら、その高温状態は不可逆的なダメージを与えるために、どのくらいの期間続く必要があるのか？ さらに重要なのは、海洋が冷却される速度は、大気が冷却される速度よりも重要なのか？ ということです。研究者たちは、熱への曝露時間は重要であるが、海洋の回復のタイミングこそが真のゲームチェンジャーであることを見出しました。たとえ空気が急速に冷えても、ゆっくりと冷却される海洋は、世代を超えて氷の喪失を促進し続け、大気のみが示唆する以上に海面の上昇を増幅させる可能性があるのです。

これを調査するために、チームは南極氷床全体の強力なコンピュータモデル、すなわち氷の流れ、融解、および変化する条件への反応をシミュレートする「デジタルツイン」を使用しました。彼らはまず、地球が低排出量の経路を辿り、温暖化を比較的穏やかに抑えるベースラインのシナリオから開始しました。次に、いくつかの「オーバーシュート（超過）」シナリオを作成しました。これらのシミュレーションでは、一定期間、高排出量の経路に従うように気候が強制され、その後、低排出量の経路へと急激に切り替わりました。これにより、熱への曝露の長さが氷床の将来にどのように影響するかをテストすることができました。また、彼らは、空気が急速に冷却される一方で海洋がより長く温かいままの状態を維持する場合を模した、別の実験セットも実施しました。これは、深海が熱を放出するのに数世紀かかるという現実世界の可能性を模したものです。

結果は、短期間と長期間の熱による顕著な違いを明らかにしました。高排出量の強制が20年または50年しか続かなかった場合、低排出量の経路と比較した追加の氷の喪失は比較的小さく、2300年までに世界的な海面水位を3ミリメートル未満しか上昇させませんでした。しかし、熱の持続時間が長くなるにつれ、ダメージは非線形に増大しました。熱の強制が75年間続いた後、追加の寄与は8.6ミリメートルへと跳ね上がりました。100年後には、21.5ミリメートルへと急増しました。これは、地球が高温状態にある時間を短縮することは大きな利益をもたらすが、その関係は単純な直線ではないことを示唆しています。つまり、熱が持続するほど、結果はより深刻になります。また、研究は氷の喪失の場所が時間の経過とともにシフトすることも示しました。短期間のシナリオでは東南極氷床が追加の喪失の主な要因でしたが、最長シナリオでは、急速な崩壊に対して脆弱であることで知られる地域である西南極氷床が主要な源となりました。

最も驚くべき発見は、研究者が空気の回復と海洋の回復を分離したときに現れました。あるシナリオでは、50年間の熱の後に大気を冷却させましたが、海洋の強制力はさらに50年間高いままに保ちました。この場合、2300年までの追加の海面水位への寄与は44.1ミリメートルへと急増し、空気と海洋の両方が50年後に共に冷却された場合と比較して、ほぼ2倍になりました。これは、雪と融解の間の繊細なバランスによるものです。大気が冷却されると、通常は降雪量が増え、失われた氷を補う助けとなります。しかし、海洋が温かいままであれば、それは下側から氷を溶かし続け、棚氷を弱め、氷河の流れを加速させます。研究によれば、継続的な海洋による融解が、増加した降雪による恩恵を最終的に圧倒してしまうことが分かりました。実際、海洋が温かいまま空気が冷却されると、氷床は、高熱が空気と海洋の両方に同時に持続した場合よりも多くの質量を失いました。これは、冷却された空気が、海洋による損失を相殺するはずであった降雪を減少させてしまうためです。

研究者たちはまた、氷床の挙動や気候データに関する異なる仮定がこれらの結果にどのように影響するかについてもテストしました。彼らは、異なる気候モデルや、氷が岩盤の上を滑る速度を計算する異なる方法を試みました。正確な数値はこれらの設定によって変動しましたが、主要なパターンは一貫していました。すなわち、海洋の回復が遅れることは常に、より大きな海面水位の上昇につながるということです。標準的な気候モデルを使用したか、あるいはより多くの降雪を予測するモデルを使用したかにかかわらず、メッセージは一貫していました。もし海洋が温かいまま空気が冷却されるなら、氷床は加速した速度で質量を失い続けるのです。これは、「海洋の記憶」が南極の氷の未来における支配的な要因であることを裏付けています。

これらのシミュレーションは特定の未来を予測するものではありませんが、現在の気候の軌道における重大なリスクを浮き彫りにしています。この研究は、単に地球の温度を下げるだけでは、海洋が温かいままである限り、氷床が海面水位上昇に寄与することを止めるには不十分であることを示唆しています。氷床の回復は、海洋がいかに速く熱を放出できるかに大きく依存しています。もし海洋が数十年あるいは数世紀にわたって冷却されるのであれば、氷は棚氷の下にある残留熱によって、退却し続けることになります。これは、排出量を削減することによる恩恵が、海洋の回復が遅ければ部分的に打ち消されてしまう可能性があることを意味します。今回の知見は、海面水位上昇との戦いは、単に惑星がどれほど熱くなるかだけでなく、その熱がどれほど長く深海に留まるかについても重要であることを強調しています。政策立案者や計画担当者にとって、これは新たな複雑さをもたらします。すなわち、気候回復のタイミングは、ピーク時の温度そのものと同じくらい重要であるということです。研究は、高排出量の期間を短縮することが海面水位上昇を抑える強力な手段であるものの、その成功は、海洋がそれにいかに迅速に続くかに完全に依存していると結論付けています。海洋の急速な冷却なしには、氷床は今後数世紀にわたって、過去の温暖化の代償を払い続けることになるのです。