科学者たちは南極の氷の下に不吉な水域を発見している

南極の氷の表面は、その危険さと、人を殺しそうな雰囲気とは裏腹に、実に穏やかだ。何マイルにもわたる白い氷が広がり、植物や動物はほとんど見当たらない。しかし、氷河の遥か下、氷が陸地と接する場所では、荒々しい光景が広がっている。科学者たちがかつては平凡な氷河下環境だと考えていた場所が、実は水文学的な活動で活気づいていることが、最近の研究で明らかになった。これは、地球規模の海面上昇に大きな影響を与えている。

研究者たちは、南極の氷床底で、ドイツとフランスを合わせた広さに相当する面積の氷河から、融解水が超高圧の290マイル（約475キロメートル）の川となって海へと流れ込んでいることを発見した。「30年前は、氷床全体がほぼ完全に凍りついていると考えていました」と、ネイチャー・ジオサイエンス誌に発表されたこの発見に関する論文の共著者であるインペリアル・カレッジ・ロンドンの氷河学者マーティン・ジーガート氏は述べている。「今、私たちは南極の氷床全体を理解できるという、かつてない立場に立っています。」

南極の氷は、主に2つの構成要素に分けられます。陸上に位置する氷床と、海岸沖に伸び海水に浮かぶ棚氷です。この2つの氷床が接する部分、つまり氷床から浮き上がり海に接する部分は、接地線として知られています。 

しかし、その氷の裏側は見えにくい。氷の下で何が起こっているのかを知るため、一部の科学者はソリに地中レーダー装置を載せて氷河を歩いて渡った。レーダーの電波は数千フィートの氷を通り抜け、その下の海水に反射するため、研究者たちはかつては隠れていたものの詳細な地図を作成できる。また、爆発を起こし、地表に戻ってくる地震波を分析して、その下に陸地や水があるかどうかを調べる科学者もいる。さらに、魚雷型のロボットを掘削孔から降ろし、浮氷棚の裏側の前例のない画像を撮影する科学者もいる。上空では、衛星が表面高度の微細な変化を測定でき、その下の特徴を示すことができる。例えば、うねりは氷河下の湖の存在を物語るかもしれない。

氷河底河川に関するこの新たな研究では、南極上空を飛行する航空機のレーダーデータが使用されました。科学者たちはこのデータと、この地域特有の「基底」水文学（何マイルにも及ぶ氷の下で水がどのように移動するかなど）の複雑なモデルを組み合わせました。

科学者たちが発見したように、氷は非常に奇妙な動きをします。南極大陸の陸地には数マイルにも及ぶ氷が覆っており、この地域は北極ほど急速に温暖化していないため、太陽光が表面に当たることで氷が溶けるという、私たちが想像するような現象は起こりません。グリーンランドのような場所では、気温上昇によって氷の表面に湖が形成され、その水が「ムーラン」と呼ばれるクレバスを通って下に流れ落ちていくのです。

しかし南極では、基底部の融解は陸地からの熱によって氷が温められることで起こります。火山活動は活発ではありませんが、南極には融解を促すのに十分な地熱があります。さらに、氷が岩盤を擦り合わせる摩擦によって熱が供給されます。つまり、融解は上から下へではなく、下から起こるのです。

1平方フィートあたりの融解量は膨大ではありません。しかし、ヨーロッパの2つの大国ほどの面積となると、その規模は大きくなります。「私たちが結論付けたのは、融解量は非常に少なく、年間1ミリメートル程度だということです」とジーガート氏は言います。「しかし、集水域が広大なので、融解量はそれほど多く必要ありません。そのすべてがこの川に流れ込みます。この川は長さ数百キロメートルで、ロンドンのテムズ川の流量の3倍にもなります。」

その水は、上から大量の氷が押し下げられていることと、氷と岩盤の間に液体が動き回れる余地がほとんどないことから、極めて高い圧力がかかっています。「そして、高圧下にあるため、氷を岩盤から持ち上げる働きがあり、摩擦を減らすことができます」とジーガート氏は言います。「そして、この底面摩擦を減らすことができれば、氷は通常よりもはるかに速く流れることができます。」この氷を、エアホッケーの台の上を滑るパックのようなものだと想像してみてください。ただし、氷は空気の上ではなく、加圧された水の上を滑っているのです。

この巨大な隠れた川は、「膨大な量の淡水を海に注ぎ込む可能性がある」と、ウォータールー大学の氷河学者で、今回の論文の筆頭著者であるクリスティン・ダウ氏は述べている。そして、これは氷河の氷床と浮氷棚のつながりにとって悪影響となる可能性がある。「氷が浮き始める場所が最も影響を受けやすい領域です」と彼女は続ける。「ですから、その氷床の境界が変化するようなことは、将来の海面上昇の規模に大きな影響を与えることになるのです。」

氷床の動きを抑制し、海面上昇を何メートルも防いでいるのは棚氷です。棚氷は、氷河が海に流れ込むのを遅らせる、大きく重いコルクのような役割を果たしています。しかし南極では、温暖化した海水がコルクの裏側を侵食し、棚氷が崩壊しつつあります。例えば、南極のトワイツ氷河（別名ドゥームズデイ氷河）の棚氷は、最近の研究によると、3～5年で崩壊する可能性があるとされています。もしトワイツ氷河が完全に失われれば、それだけで海面が2フィート上昇することになります。

スウェイツ氷河だけの問題ではない。研究者たちは、南極の氷床固定線の多くが髪の毛のように後退していることを発見している。しかし、これらの氷河の将来の状態を予測するモデルは、固定線が静止していると仮定している。科学者たちは既に、これらのモデルが、氷床固定線の保持力に影響を与える可能性のあるもう一つの重要な要素、潮汐ポンピング効果を見落としていることを認識している。潮の満ち引き​​によって棚氷が上下に揺さぶられ、温かい海水が内陸に流れ込み、氷の裏側を溶かす。今回の新たな研究では、加圧された融解水が逆方向からも、つまり内陸から氷床固定線に向かって流れ込んでいることが示された。 

「問題は、大量の淡水が海に注入されると、それが浮力によって氷の底に向かって上昇し、温かい海水も一緒に引き上げられて氷が溶けてしまうことです」とダウ氏は言う。「その結果、氷床の接地線が後退します。そして、以前は接地していた氷がすべて浮上し、海面上昇に瞬く間に拍車をかけ、システム全体を不安定化させます。」つまり、氷が溶けなくても水位は上昇する。氷の巨大な塊が液体を押しのけるからだ。 

もう一つの懸念は、南極の氷がグリーンランドのように、つまり上から溶け始めたらどうなるかということです。そのシナリオでは、夏の間に氷河の氷にクレバスが開き、水が岩盤まで流れ落ち、氷河下の水循環が著しく活性化するでしょう。「将来、おそらく100年以内に表面が溶ける可能性が高いでしょう」とダウ氏は言います。「もしその水が氷の底まで到達できれば、グリーンランドに似た、より季節的な変動が顕著なシステムになる可能性があります。それがどのような結果をもたらすかはまだ分かりません。」

「この論文は、南極の氷床下にある淡水の脈動がどのように見え、どのように作用するのかを理解する上で、重要な貢献となる」と、ペンシルベニア州立大学の氷河学者ネイサン・スティーブンス氏は、この論文には関与していないものの、南極で独自の研究を行っている際にWIREDにメールで回答した。「氷床下の水文学は、現在、未来、そして過去における氷床の挙動に大きな影響を与える要素の一つだ」

ヒューストン大学の物理学者ピエトロ・ミリロ氏によると、この状況に朗報があるとすれば、それは科学者たちがこれまで隠されていた南極の氷の下で起こっているダイナミクスに関するデータをますます収集しつつあることだ。「この論文は、氷床の接地線で実際に何が起こっているのかを理解するパズルに新たなピースを加えるものです」と、南極の氷河を研究しているミリロ氏は述べているが、今回の研究には関わっていない。

ミリロ氏によると、以前は衛星データとモデルの間に不一致があったという。衛星が宇宙から測定していた標高の変化は、モデルが予測した海水が氷床の氷床にもたらす融解量よりも多くの氷の減少を示唆していた。しかし今では、衛星の予測が正しかったことは明らかだとミリロ氏は言う。「実際にそれを説明することができました」とミリロ氏は言う。「なぜなら、氷河を下から溶かしているのは淡水だからです」