南極環流

南極環流( ACC ) は、南極から見て時計回りに西から東へ南極大陸の周りを流れる海流です。ACC の別名は西風ドリフトです。ACC は南大洋の主要な循環であり、平均輸送量は 137 ± 7スベルドラップ(Sv、百万m ³ /s) ^{[ 1 ] [ 2 ]}またはそれ以上^{[ 3 ]}と推定され、最大の海流となっています。この海流が環極となるのは、南極大陸と繋がる陸地がないためであり、これにより暖かい海水が南極大陸から遠ざけられ、南極大陸が巨大な氷床を維持できるのです。 

環南極海流と関連しているのが南極収束帯で、そこでは冷たい南極海水が亜南極の暖かい海水と出会い、栄養塩が湧昇する領域が形成されます。この領域では、植物プランクトンが豊富に繁殖し、それに付随するカイアシ類やオキアミも生息しています。その結果、魚類、クジラ、アザラシ、ペンギン、アホウドリ、その他多くの生物種を支える食物連鎖が生まれています。

ACCは数世紀前から船乗りに知られており、西から東への航海を大幅に速めますが、東から西への航海を極めて困難にします。ただし、これは主に偏西風によるものです。ジャック・ロンドンの短編小説「西へ向かえ」とバウンティ号の反乱に至るまでの状況は、ニューヨークからカリフォルニアへのクリッパー船航路で西回りにホーン岬を回ろうとする船乗りにとって、この航路がどれほど困難であったかを痛切に示しています。[ 4 ]世界最速^の航路である東回りのクリッパー航路は、アフリカのアガラス岬、オーストラリアの南東岬、南アメリカのホーン岬の3つの大陸岬をACCに沿って回ります。

この海流によってロス環流とウェッデル環流が形成される。

南極環流（ACC）は、大西洋、太平洋、インド洋を結び、これらの海域間の主要な物質交換経路となっています。この海流は、地形や海底地形によって大きく制約されています。南米を起点として流れをたどると、南米と南極半島の間にあるドレーク海峡を通過し、東側のスコシア弧で二分されます。浅く暖かい流れはフォークランド海流として北へ流れ、より深い流れはスコシア弧のさらに東側を通過して北へ向きを変えます。インド洋を通過する際、まずアガラス海流が逆流してアガラス還流を形成し、その後ケルゲレン海台で二分されて再び北へ流れます。南東太平洋の中央海嶺を通過する際にも、流れの偏向が見られます。

南極周極海流は、南極海の緯度帯における強い西風によって駆動される。

大陸が存在する緯度では、軽い表層水に吹く風は、これらの大陸に軽い水を積み上げるだけで済みます。しかし、南極海では、表層水に与えられる運動量はこのように相殺されません。環極海流が風によって与えられる運動量をどのようにバランスさせているかについては、さまざまな理論があります。風によって与えられる東向きの運動量が増加すると、コリオリの力によって水塊が地球の自転軸から外側（つまり北向き）に漂流します。この北向きのエクマン輸送は、主要な海嶺系の深層下の圧力駆動による南向きの流れによってバランスが取られています。これらの流れを直接結びつける理論もあり、南極海では密度の高い深層水が大量に湧昇し、これらの水が軽い表層水に変化し、さらに反対方向の北向きに水が変化すると示唆しています。このような理論は、環極海流の規模を地球規模の熱塩循環、特に北大西洋の特性と関連付けています。

あるいは、大気中の嵐に相当する海洋渦や、環極海流の大規模な蛇行が、水柱内で運動量を直接下方へ輸送することもある。これは、こうした流れが密度変換を必要とせずに、海溝では正味の南向きの流れを、海嶺では正味の北向きの流れを生み出すことができるためである。実際には、熱塩循環と渦／蛇行の両方のメカニズムが重要となる可能性が高い。

The current flows at a rate of about 4 km/h (2.5 mph) over the Macquarie Ridge south of New Zealand.^[7] The ACC varies with time. Evidence of this is the Antarctic Circumpolar Wave, a periodic oscillation that affects the climate of much of the southern hemisphere.^[8] There is also the Antarctic oscillation, which involves changes in the location and strength of Antarctic winds. Trends in the Antarctic Oscillation have been hypothesized to account for an increase in the transport of the Circumpolar Current over the past two decades.

Published estimates of the onset of the Antarctic Circumpolar Current vary, but it is commonly considered to have started at the Eocene/Oligocene boundary. The isolation of Antarctica and formation of the ACC occurred with the openings of the Tasmanian Passage and the Drake Passage, following the fragmentation of the Antarctic land bridge. The Tasmanian Seaway separates East Antarctica and Australia, and is reported to have opened to water circulation 33.5 million years ago (Ma).^[9] The timing of the opening of the Drake Passage, between South America and the Antarctic Peninsula, is more disputed. Tectonic and sediment evidence show that it could have been open as early as pre-34 Ma;^[10] estimates of the opening of the Drake passage are between 20 and 40 Ma.^[11] The isolation of Antarctica by the current is credited by many researchers with causing the glaciation of Antarctica and global cooling in the Eocene epoch. Oceanic models have shown that the opening of these two passages limited polar heat convergence and caused a cooling of sea surface temperatures by several degrees; other models have shown that CO₂ levels also played a significant role in the glaciation of Antarctica.^[11][12]

南極の海氷は季節によって変動し、2月～3月には海氷の量が最も少なくなり、8月～9月には海氷が最大となる。^{[ 13 ]} 1973年以来、衛星によって海氷レベルが監視されている。海氷の下の深層水の湧昇により、大量の栄養分がもたらされる。氷が溶けると、融解水が安定性をもたらし、臨界深度は混合深度よりかなり低いため、正の正味一次生産が可能となる。^{[ 14 ]}海氷が後退すると、ブルームの最初の段階ではエポンティック藻類が優占し、氷の融解に伴って南下するにつれて珪藻類が優占する強いブルームが発生する。^{[ 14 ]}

南極収束帯に近いさらに北の方では、別の植物プランクトンブルームが発生し、そこには熱塩循環による栄養分が存在する。植物プランクトンブルームは珪藻が優占し、外洋ではカイアシ類によって、大陸に近い場所ではオキアミによって捕食される。珪藻の生産は夏の間も続き、オキアミの個体群が維持されるため、多数の鯨類、頭足類、アザラシ、鳥類、魚類がこの地域に集まる。^{[ 14 ]}

植物プランクトンのブルームは、南半球の春には日射量によって、夏には生物学的に利用可能な鉄によって制限されると考えられています。^{[ 15 ]}この地域の生物の多くは、亜熱帯、亜南極、南極極前線という主要な海流前線に沿って発生しており、これらは明確な温度変化を伴う領域です。^{[ 16 ]}植物プランクトンのサイズと分布も前線に関連しています。微小植物プランクトン（>20  μm）は前線と海氷境界で見られ、ナノ植物プランクトン（<20  μm）は前線の間に見られます。^{[ 17 ]}

南極海の植物プランクトン群集の研究によると、南極環流は珪藻が優占種である一方、ウェッデル海には円石藻類と珪質鞭毛藻類が豊富に生息している。南西インド洋の調査では、極前線に対する位置に基づいて植物プランクトンのグループが変化することが示されており、前線の南では珪藻が優占し、前線の北では渦鞭毛藻類と鞭毛藻類の個体数が多い。 ^{[ 17 ]}

南極の植物プランクトンを炭素吸収源として研究した例がある。氷が溶けてできた開水域は、植物プランクトンが大量発生するのに適した場所である。植物プランクトンは光合成の際に大気から炭素を取り込む。大量発生したプランクトンが死滅して沈降すると、炭素は堆積物中に数千年にわたって蓄積される。この自然の炭素吸収源は、 毎年海洋から350万トンの炭素を除去すると推定されている。海洋と大気から除去される350万トンの炭素は、二酸化炭素 1280万トンに相当する。 ^{[ 18 ]} 

2008 年 5 月に 19 人の科学者による探検隊^{[ 19 ]}が、マッコーリー海嶺の 8 つの海山の地質と生物学、および南極環流を調査し、南極海の気候変動の影響を調査しました。環流は、大西洋、インド洋、太平洋の海水を合流させ、世界のすべての河川を流れる水の最大 150 倍の量を運びます。この研究では、この海流によって養われている冷水サンゴへのいかなる損傷も、長期にわたる影響を及ぼします。^{[ 7 ]}環流を研究した後、それが地域および地球規模の気候、そして水中の生物多様性に強く影響していることが明らかになりました。^{[ 20 ]}このテーマは最近、「地球規模の温帯循環のスペクトルピーク、約 10^4 キロメートル」として特徴付けられました。^{[ 21 ]}

この潮流は、アーネスト・シャクルトンの船エンデュランス号のような標的に木材を食い荒らす「船食い虫」が到達するのを防ぐことで、木造難破船の保存に役立っている。^{[ 22 ]}

「氷圏の現状」報告書では、南極環流が弱まっていることが判明した。2050年までにその強さが20%低下し、「海洋循環と気候に広範囲にわたる影響」が出ると予想されている。ウェッデル海の底層水は過去32年間で体積が30%減少しており、南極底層水も縮小すると予想されている。これは海洋循環、栄養塩、熱量、炭素隔離に影響を与えるだろう。^{[ 23 ]}ユネスコは、この報告書が初めて「グリーンランドと南極の氷床の融解などが、他の要因とともに、両極の重要な海流を減速させ、北ヨーロッパの大幅な寒冷化と米国東海岸沿いの海面上昇の拡大に深刻な結果をもたらす可能性があるという、科学的コンセンサスが高まっていることを指摘している」と述べている。^{[ 24 ]}この調査結果は、Environmental Research Lettersに掲載された2025年の研究によって裏付けられた。^{[ 25 ]}

• ディエゴ・ラミレス諸島・ドレーク海峡国立公園