南極の氷河は水面上でも水面下でも不安定化している

科学者たちは長年、フロリダ州ほどの大きさで南極大陸西部の氷床を南極海から遮断するトワイツ氷河の後退と最終的な崩壊を懸念してきた。NASAの推計によると、トワイツ氷河が崩壊した場合、世界の海面は単独で2フィート以上、近隣の氷河の融解と相まって8フィート（約2.4メートル）上昇する可能性があるという。

その懸念が、スワイツ氷河と近くのパインアイランド氷河で何が起きているのかを解明しようと、国際的な研究者チームによる大きな推進力となっている。米国と英国の研究者グループは、2019年1月、南極の異例の凪の時期に乗じて、船舶、無人潜水艦、航空機で2つの氷河と付近の海域を探査し、氷に何が起こり、どの程度の速さで起こっているのかを調べた。国際スワイツ氷河協力と呼ばれる5年間5000万ドルの取り組みの一環であるこの探査の初期の科学的成果が現在発表されているが、その結果は憂慮すべきものだ。船舶に搭載された特殊なソナー装置を操作する研究者たちは、海底に幅25マイルの一連の水路を発見した。この水路は、スワイツ氷河とパインアイランド氷河の底に暖かい水をもたらしている。この暖かい流れが、南極大陸の端にある氷河が接する場所（グラウンディングライン）にぶつかると、氷河の下の氷が溶け、氷河全体が滑りやすくなります。氷の塊が溶けた水の上を滑っていく様子を想像してみてください。

英国南極調査局の海洋地球物理学者ケリー・ホーガン氏は、氷河前の海底の地図を作成した。2019年冬の2か月間、ホーガン氏はチリのプンタ・アレナスから始まったこの地域への米英合同調査隊に参加した。米国の調査船ナサニエル・B・パーマー号で南極まで5日間横断した後、ホーガン氏はスウェイツ調査地に到着し、巨大な氷の壁を見つめた。「スウェイツに近づいたのは夜でした」とホーガン氏は回想する。「暗くて霧が濃かった。船長と話をするためにブリッジへ行ったところ、暗闇の中からこの25メートルの崖が現れたのです」

その後2ヶ月間、科学者たちは氷河前面の幅80マイル（約130キロメートル）の湾を「芝刈り」と呼ばれる往復運動で横断しました。研究者たちは船底に設置されたマルチビーム音響測深機を用いて海底のソナー画像を収集し、それらを3Dマップにまとめました。その結果、氷河の底部へと温水を運ぶ巨大な海底水路の存在が明らかになりました。

「スワイツ氷河は気候変動の影響で急速に変化しやすいため、これらの氷河は重要です」とホーガン氏は言う。「その要因の一つは、浮体の下に温水が入り込み、氷河の融解が進むことです。氷河の底まで続く大きな海底水路は、より深く広いため、より多くの温水が流れ込み、氷河の融解を促進するでしょう。」

ナサニエル・B・パーマー号2019に乗船したケリー・ホーガン博士とマルチコアラー

米英合同チームは先週、2019年の探査から2本の科学論文を発表しました。1本はホーガン氏が執筆し、科学誌「Cryosphere」に掲載されたもので、船舶搭載のソナー探知機を用いてスワイツ氷河の海底を新たに地図化した詳細な内容が示されています。もう1本の論文には、氷河を透過して観測可能な地中レーダーを搭載したツイン・オッター機で氷河上空を飛行した別のグループによる新たなデータが掲載されています。研究者たちはまた、特殊な装置を用いて氷河の重力変化を検知し、氷河下の岩盤の密度を明らかにしました。

コロンビア大学ラモント・ドハティ地球観測所の准科学者で、同じくCryosphere誌に掲載された2つ目の研究論文の著者でもあるデビッド・ポーター氏によると、乗組員は氷河とスワイツ氷河が海と交わる湾の両方の上空を飛行した。両チームは航空機と船舶から取得したデータセットを共有した。「重力変化の測定値を用いて、氷河と海底の形状を示す新たな地図を作成しました」とポーター氏は述べる。「海底地形図と組み合わせることで、海底の形状が明らかになり、温水が陸地まで移動し、大陸棚を越えて氷と接触する深い経路が存在することが明らかになりました。」

ポーター氏によると、これらの水中水路は最大で深さ3,280フィート、幅は12マイルから25マイルに及ぶという。「それがスウェイツが変化してきた理由の一つです」と彼は言う。

科学者たちは、スワイツ氷河をはじめとする氷河が来世紀に崩壊する可能性は低いと述べている。今、これらの氷河は崩壊するには大きすぎるからだ。同時に、氷河の融解が加速し、地球全体の海面が緩やかに上昇する可能性があるという憂慮すべき兆候も確認されている。大きな疑問の一つは、氷河の融解速度、そして社会が炭素排出量を抑制し、何らかの形で気候変動を減速させたとしても、氷河が何らかの転換点に達し、元に戻すことが不可能になるかどうかだ。

「棚氷は弱くなっています」と、オランダのデルフト工科大学の地質科学およびリモートセンシング助教授、ステフ・レルミット氏は言う。「棚氷は後方の交通を遅らせます。棚氷が失われた瞬間、氷河は自由に流れ出し、海に氷を流し出すのです。」

レルミット氏は、オランダ、フランス、米国の科学者グループと共同で、スワイツ氷河とパイン島氷河に関する別の研究を主導しました。彼らは21年間の衛星画像データセットを用いて、構造的な弱点の最初の兆候、すなわち棚氷のクレバスや開いた亀裂を明らかにしました。これらは将来の崩壊の兆候となる可能性があります。研究結果は、これらの損傷が正のフィードバックループを生み出し、さらなる損傷と氷流の速度上昇を引き起こしていることを示しています。

本日、米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載されたこの研究は、氷原が岩盤を移動する際にどのように破壊するかを理解することが、この崩壊がいつ発生するかを理解するために不可欠であると結論付けています。レルミット氏らは、氷河の弱点を特定するだけでなく、このような亀裂や座屈が将来、他の南極の氷河にどのような影響を与えるかを予測するためのコンピュータモデルを作成しました。

レルミット氏によると、このモデルの目的は、スワイツ氷床の崩壊の正確な日付を予測することではなかったという。しかし、それは現時点ではほぼ不可能だ。なぜなら、氷河周辺の気温と水温の両方を上昇させている気候変動のペースや、南極周辺の海流の動きなど、考慮すべき未知の要因が多すぎるからだ。（ワシントン大学の科学者らが2014年にサイエンス誌に発表した研究では、衛星データと数値モデルを用いて、スワイツ氷床を含む西南極氷床が200年から1000年後に崩壊する可能性があると予測した。）

レルミット氏のモデルは、海面上昇と南極の氷河の将来を予測する同様の地球規模の気候モデルに、氷床の損傷を組み込む試みです。「これらの氷河がどの程度、そしてどれほどの速さで変化するのかは、まだ解明されていません」とレルミット氏は言います。「そのプロセスの全容は分かっていません。今回の研究で行ったのは、こうした損傷、つまり棚氷の崩壊、そしてそれが海面上昇にどのような影響を与える可能性があるのかを検証することです。」

ペンシルベニア州立大学の地質科学教授リチャード・アリー氏は、氷は固体としても液体としても振る舞うため、氷河の動きを予測するのは難しいと述べている。アリー氏はこれらの研究には関与していない。アリー氏は、氷河の破砕過程に関する研究は、氷河がどれだけの速さで崩壊するかについてより深い洞察を与えるため、新しく重要な研究であると述べた。WIREDへのメールで、アリー氏は南極の氷河の動きを研究する科学を、橋を建設するプロセスに例えた。

「橋が壊れるのは望ましくありませんし、壊れる条件を正確に予測する必要もありません。だからこそ、安全余裕を大きく取って設計するのです。スワイツ橋を『設計』することはできないので、私たちは大きな不確実性に直面しています。その不確実性の一部を定量化することは重要ですが、これはあくまで破壊力学であり、いずれにせよ私たちを驚かせる可能性があることを忘れてはなりません」とアリー氏は記している。

レルミット氏は、自身の研究結果が、今後数年間、南極の氷河を注意深く監視し、環境破壊につながる可能性のある急激な変化の兆候を見逃さないよう注意を払う必要があることを意味していると考えている。「これらは眠れる巨人です」とレルミット氏はスワイツ氷河とパイン島氷河について語る。「私たちは、氷河が眠り続けるのか、それとも目覚めて海面上昇という大きな影響を及ぼすのか、興味を抱き始めています。」

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