熱塩循環

熱塩循環：地球規模の海洋コンベアベルト

地球の海洋は、表層の海流だけでなく、深海においても大規模な循環現象、熱塩循環を起こしています。この循環は、地球全体の気候システムに大きな影響を与える重要な役割を担っています。

熱塩循環のメカニズム

熱塩循環は、主に水深数百メートル以上の深層で起こる、地球規模の海洋循環です。その名の通り、海水の温度（thermo）と塩分濃度（haline）によって決まる海水の密度差によって駆動されています。

メキシコ湾流などの表層海流は、赤道付近から高緯度地域へと移動します。高緯度地域では海水が冷却され、塩分濃度が高まることで密度が増し、やがて海底へと沈み込みます。この沈み込んだ海水は深層を流れ、世界中の海洋を巡り、最終的には再び表層へと上昇します。この循環の周期はおよそ1200年と推定されています。

この過程で、海水は熱エネルギーや様々な物質（固体、溶解物質、ガス）を地球規模で輸送します。そのため、熱塩循環は地球全体の気候や生態系に大きな影響を与えているのです。

熱塩循環と風

かつては、深海の海流は静止していると考えられていました。しかし、近年の研究では、深層の海流も風によって影響を受けていることが明らかになってきています。風は海水の混合を引き起こし、密度の違いを生み出し、熱塩循環を駆動する主要な力の一つとなっています。ただし、密度の違いも重要な役割を果たしており、風の影響と密度の影響の割合については、まだ研究が進められている段階です。

深層水の形成

深層水は、北大西洋と南極海の限られた海域で形成されます。これらの海域では、風による冷却や海氷の形成によって、高密度な海水が生成されます。特に、海氷の形成過程で塩分が排出されることで、周囲の海水はさらに高密度になり、海底へと沈み込みます。

北大西洋で形成される北大西洋深層水(NADW)は、大西洋を南下し、インド洋、太平洋へと広がっていきます。一方、南極海で形成される南極底層水(AABW)は、NADWよりも密度が高いため、NADWの下層を流れ、大西洋を北上していきます。

深層水塊の動きと上昇流

深層水は、海底の地形に沿ってゆっくりと移動します。その移動速度は非常に遅いため、深層水の動きを追跡することは容易ではありません。しかし、深層水は移動中に化学的な変化を起こすため、その化学的な特徴を調べることで、深層水の動きの情報を得ることができます。また、コンピュータシミュレーションも深層水の動きを理解する上で重要なツールとなっています。

深層水は、インド洋や太平洋で表層水と混合し、上昇流として表層に戻ります。この上昇流の場所や強さは、風の影響や海洋の拡散係数など、様々な要因によって複雑に変化します。

地球の気候への影響

熱塩循環は、地球全体の気候システムに多大な影響を与えています。極域の熱収支、海氷の量、地球全体の放射収支などに影響を与え、大気中の二酸化炭素濃度にも影響を与える可能性が示唆されています。

過去の気候変動においても、熱塩循環の変化が大きな役割を果たしていたと考えられています。例えば、後氷期のヤンガードリアスイベントは、氷床の融解による淡水の流入が北大西洋での深層水形成を阻害したことが原因の一つだと考えられています。

近年、地球温暖化による熱塩循環の変化が懸念されています。温暖化によって北大西洋の海水温度が上昇すると、深層水の形成が弱まり、ひいては熱塩循環が停止する可能性も指摘されています。もし熱塩循環が停止すれば、地球規模の気候変動が引き起こされる可能性があり、今後の研究が重要です。

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