デッドゾーン（生態学）

デッドゾーンとは、世界中の海洋や大きな湖沼にある低酸素（酸素の少ない）領域のことです。低酸素症は、溶存酸素（DO）濃度が2 ml O ₂ /リットル以下に低下すると発生します。 ^[2]水域が低酸素状態になると、水生動植物は、酸素レベルの高い水域に到達するために行動を変え始めます。水域のDOが0.5 ml O _{2 /リットル以下に低下すると、大量死が発生します。DO濃度が非常に低いと、これらの水域はそこに生息する水生生物を支えることができません。} ^[3]歴史的に、これらの場所の多くは自然に発生していました。しかし、1970年代に、海洋学者はデッドゾーンの事例と範囲の増加に気づき始めました。これらは、水生生物が最も集中している 人の居住する海岸線の近くで発生します。

バルト海、メキシコ湾北部、チェサピーク湾などの沿岸地域、およびエリー湖のような大規模な閉鎖性水域は、​​富栄養化による酸素欠乏の影響を受けています。過剰な栄養素は、最終的には都市部や農業からの流出物から河川によってこれらのシステムに流入し、森林伐採によって悪化します。これらの栄養素は生産性を高め、底に沈んで呼吸される有機物を生成します。その有機物の呼吸により酸素が消費され、低酸素症または無酸素症を引き起こします。

国連環境計画は2004年に、酸素レベルの低下により海洋生物が生存できないデッドゾーンが世界の海に146カ所あると報告した。これらのデッドゾーンは1平方キロメートル（0.4マイル²）ほどの小さなものもあったが、最大のデッドゾーンは7万平方キロメートル（27,000マイル²）に及んだ。2008年の調査では、世界中に405カ所のデッドゾーンがあると数えられた。^{[4] [2]}

水生および海洋のデッドゾーンは、水中の栄養素（特に窒素とリン）の増加によって引き起こされる可能性があり 、これは富栄養化として知られています。これらの栄養素は、水柱に生息する単細胞の植物のような生物の基本的な構成要素であり、その成長はこれらの物質の利用可能性によって部分的に制限されています。利用可能な栄養素が増えると、単細胞の水生生物（藻類やシアノバクテリアなど）は、以前の成長限界を超えるために必要なリソースを持ち、指数関数的に増殖し始めます。指数関数的な成長は、特定の種類の植物プランクトンの密度の急激な増加につながり、藻類ブルームと呼ばれる現象が発生します。^[6]

実験湖沼地域での研究で洗剤中の有害なリン酸塩の禁止につながった湖沼学者のデイビッド・シンドラーは、藻類の大量発生とデッドゾーンについて警告した。

「1960年代と1970年代に五大湖を壊滅させた魚を死滅させる藻類の大発生は、消え去っていません。藻類の大発生は西の乾燥した世界へと移動し、そこでは人々、産業、農業が、ここにあるわずかな淡水の質にますます負担をかけています...これは草原だけの問題ではありません。藻類の大発生によって引き起こされるデッドゾーンは、世界的に急速に拡大しています。」^[7]

藻類の主なグループは、シアノバクテリア、緑藻、渦鞭毛藻、円石藻、珪藻です。窒素とリンの投入量が増えると、一般的にシアノバクテリアが大量発生します。他の藻類は消費されるため、シアノバクテリアほど蓄積されません。^{[要出典]シアノバクテリアは動物プランクトンや魚の餌にはならず、水中に蓄積して死んでから分解します。細菌によるバイオマスの分解により、水中の酸素が消費され、}低酸素状態になります。^[要出典]

デッドゾーンは自然的要因と人為的要因の両方によって引き起こされる。自然的要因としては、沿岸湧昇、風の変化、水循環パターンなどが挙げられる。デッドゾーンの発生や強度を決定するその他の環境要因としては、水の滞留時間が長いこと、気温が高いこと、水柱を透過する太陽光の量が多すぎることなどが挙げられる。^[8]

さらに、自然の海洋現象によって水柱の一部が脱酸素化することがあります。たとえば、フィヨルドや黒海などの閉鎖された水域は、入り口に浅い岩床があり、^[9]長い間水がそこに閉じ込められます。^{[引用が必要]}熱帯太平洋東部とインド洋北部では酸素濃度が低下していますが、これは消費された酸素を補充する循環が最小限である領域にあると考えられています。^{[10]これらの領域は}酸素最小領域(OMZ)としても知られています。多くの場合、OMZ は恒久的または半永久的な領域です。^{[引用が必要]}

ミシシッピ川河口付近の堆積層で発見された生物の遺骸は、合成肥料の出現以前に 4 回の低酸素状態があったことを示しています。これらの堆積層では、無酸素状態耐性種が最も多く発見されています。堆積記録で示された期間は、ミシシッピ州ビックスバーグの機器で記録された川の高流量の歴史的記録と一致しています。^{[引用が必要]}

進行中の気候変動によって引き起こされる海洋循環の変化は、海洋の酸素減少の他の原因を追加または拡大する可能性もあります。^[11]

人為的原因としては、化学肥料の使用とそれに伴う水流出や地下水への化学肥料の混入、河川や湖沼への下水の直接排出、大量の動物排泄物の蓄積による地下水への栄養塩の排出などが挙げられます。化学肥料の使用は、世界中のデッドゾーンの主な人為的原因と考えられています。しかし、下水からの流出、都市の土地利用、肥料も富栄養化の一因となる可能性があります。^[12]

2017年8月、米国の食肉産業と農業経済システムが、メキシコ湾で史上最大のデッドゾーンを生み出した主な原因であるとの報告書が発表された。^{[13]農地管理や耕作慣行、堆肥や合成}肥料の使用によって悪化した土壌 流出と浸出硝酸塩が、ハートランドからメキシコ湾までの水を汚染した。この地域で栽培される作物から生じる植物質副産物の大部分は、タイソンやスミスフィールドフーズなどのアグリビジネス企業の肉用動物生産における主要な飼料成分として使用されている。^[14]家畜飼料の86%以上は人間が食べられないものである。^[15]

米国の注目すべきデッドゾーンには、ミシシッピ川の河口周辺のメキシコ湾北部地域^[5]、太平洋岸北西部の沿岸地域、バージニアビーチのエリザベス川などがあり、いずれも過去数年間にわたって繰り返し発生していることがわかっています。世界中で、デッドゾーンはバルト海、カテガット海峡、黒海、メキシコ湾、東シナ海などの大陸海で発生しており、いずれも主要な漁場となっています。^[2]

デッドゾーンは種類によって分類され、発生期間の長さによって識別されます。^[16]

• 永久デッドゾーンは、1 リットルあたり 2 ミリグラムを超えることがほとんどない深海で発生します。
• 一時的なデッドゾーンは、数時間または数日間続く短命のデッドゾーンです。
• 季節的なデッドゾーンは毎年発生し、通常は夏と秋の暖かい時期に発生します。
• 日周性低酸素症は、夜間のみ低酸素状態になる特定の季節性デッドゾーンです。

デッドゾーンの種類は、ある意味では、水が完全に健全な状態に戻るのに必要な時間によって分類することができます。この時間枠は、富栄養化の強度と酸素枯渇のレベルによって異なります。無酸素状態に陥り、コミュニティの多様性が極端に減少した水域は、完全に健全な状態に戻るまでに非常に長い道のりをたどる必要があります。軽度の低酸素状態のみを経験し、コミュニティの多様性と成熟を維持している水域は、完全に健全な状態に戻るまでに非常に短い道のりしか必要としません。^[2]

富栄養化の最も顕著な影響は、時には有毒な植物の大量発生、生物多様性の喪失、そして水生生物の大量死につながる可能性のある無酸素状態です。^[8]

デッドゾーンでは低酸素状態が続くため、これらの海域の海洋生物は希少になりがちです。酸素濃度が低下すると、ほとんどの魚類や運動性生物はデッドゾーンから移住する傾向があり、酸素濃度が 0.5 mg l ⁻¹ O ₂を下回ると底生生物の個体数が著しく減少する可能性があります。^[17]重度の無酸素状態では、微生物群集のアイデンティティも劇的に変化する可能性があり、好気性微生物の数が減少し、エネルギー源が硝酸塩、硫酸塩、鉄還元などの酸化に切り替わるため、嫌気性生物が増加します。硫化水素は有毒で、デッドゾーン内のほとんどの生物にさらにストレスを与え、死亡リスクを悪化させるため、硫黄の減少は特に懸念されます。 ^[18]

酸素レベルが低いと、致死的な無酸素状態を超えると、その領域内の生物の生存に深刻な影響を及ぼす可能性があります。北米の湾岸で実施された研究では、低酸素状態が魚類や底生無脊椎動物を含むさまざまな生物の繁殖率と成長率の低下につながることが示されています。その領域から脱出できる生物は、通常、酸素濃度が 2 mg l ⁻¹未満に低下すると脱出します。^[17]この酸素濃度以下では、酸素欠乏環境内で生き残り、その領域から脱出できない生物は、ストレス行動が徐々に悪化し、死亡することがよくあります。低酸素状態に耐えられる生存生物は、低酸素環境内で生き残るのに適した生理学的適応を示すことがよくあります。このような適応の例には、酸素の摂取と使用の効率の向上、成長率の低下または休眠による酸素摂取量の減少、嫌気性代謝経路の使用の増加などがあります。^[17]

底生生物群集の構成は、季節的なデッドゾーンや日周サイクルの結果として発生する周期的な酸素枯渇イベントによって劇的に乱される。このような低酸素状態の長期的な影響は、コミュニティの変化をもたらし、最も一般的には大量死イベントによる種の多様性の減少として現れる。底生生物群集の再構築は、幼生補充のための隣接コミュニティの構成に依存する。^[17]その結果、より短期間でより日和見的な生活戦略を持つより早く定着する入植者への移行が起こり、歴史的な底生生物群集の構成が乱される可能性がある。^[要出典]

デッドゾーンが漁業やその他の海洋商業活動に与える影響は、発生期間と場所によって異なります。デッドゾーンは、多くの場合、生物多様性の減少と底生生物の個体群の崩壊を伴い、商業漁業における収穫量の多様性を低下させますが、富栄養化に関連したデッドゾーンの形成の場合、栄養素の利用可能性の増加により、アンチョビなどの浮遊性個体群の特定の収穫量が一時的に増加する可能性があります。^[17]しかし、研究では、周辺地域での生産量の増加がデッドゾーンによる生産性の純減を相殺しないと推定されています。たとえば、メキシコ湾のデッドゾーンの結果、漁業の餌食の形で推定17,000トンの炭素が失われました。^[2]さらに、漁業に対する多くのストレス要因は、低酸素状態によって悪化します。外来種の成功率の増加や、カキなどのストレスを受けた種のパンデミック強度の増加などの間接的な要因は、影響を受けた地域での収益と生態系の安定性の損失につながります。 ^[19]

低酸素症を引き起こす低酸素に関連する大量死イベントが深刻に増加しており、その大部分は過去20年間に発生しています。水温の上昇は酸素需要の増加と海洋の脱酸素化の増加につながり、これらの大規模なサンゴ礁デッドゾーンを引き起こします。多くのサンゴ礁では、この低酸素症への反応は、脱酸素化の規模と期間に大きく依存しています。症状は、光合成の低下、石灰化、白化などさまざまです。低酸素症は、生態系における藻類の大量発生やサンゴの病気の蔓延など、間接的な影響を及ぼす可能性があります。サンゴはこのような低酸素レベルには対応できませんが、藻類はかなり耐性があります。このため、藻類とサンゴの相互作用ゾーンでは、低酸素症の増加によりサンゴの死が増え、藻類の蔓延が促進されます。サンゴのデッドゾーンの拡大は、サンゴの病気の蔓延によってさらに加速されます。サンゴの病気は、硫化物濃度が高く、酸素欠乏状態になると簡単に広がります。低酸素症とサンゴ礁の死滅のループにより、サンゴ礁に生息する魚やその他の海洋生物は、低酸素症に反応して行動が変化します。一部の魚は酸素を多く含む水を求めて上方に移動し、一部の魚は代謝と換気の低下の段階に入ります。無脊椎動物は生息地から基質の表面に移動するか、樹枝状サンゴ群集の先端に移動します。^{[20] [21] [22]}

約600万人がサンゴ礁漁業に依存しており、その大半は発展途上国に住んでいます。極度の低酸素状態による大量死は、サンゴ礁の魚の個体数に深刻な影響を及ぼす可能性があります。サンゴ礁の生態系は、海岸線の保護、窒素固定、廃棄物の同化、観光の機会など、さまざまな重要な生態系サービスを提供しています。サンゴ礁の海の酸素が継続的に減少していることは、サンゴの修復と再生に何年も（数十年も）かかるため、懸念されています。^[20]

他のほとんどの生物が酸素不足で死滅するにもかかわらず、クラゲは繁栄することができ、時にはデッドゾーンに大量に生息する。クラゲの大量発生は大量の粘液を生成するため、それを餌とする生物がほとんどいないため、海洋の食物連鎖に大きな変化をもたらす。粘液中の有機炭素はバクテリアによって代謝され、二酸化炭素の形で大気中に戻る。これは「ゼリーカーボンシャント」と呼ばれている。^[23] 人間の活動の結果としてクラゲの大量発生が悪化する可能性があるため、デッドゾーンがクラゲの個体数に与える影響についての新たな研究が行われている。主な懸念は、酸素欠乏状態がクラゲの資源獲得競争や一般的な捕食者を追い払う結果、デッドゾーンがクラゲの個体数の繁殖地となる可能性があることである。^[24]クラゲの個体数の増加は、漁業の損失、トロール網や漁船の破壊や汚染、沿岸システムの観光収入の低下など、商業上の大きな損失をもたらす可能性がある。^[24]

世界中で海草の減少が急速に進んでいる。既知の海草71種のうち21％が減少傾向にあると推定されており、そのうち11％はICUNレッドリストで絶滅危惧種に指定されている。海洋の酸素欠乏による富栄養化につながる低酸素症は、これらの海草の大量死の主な根本的要因の1つである。富栄養化は栄養塩の増加を引き起こし、海草の生産性を高める可能性があるが、海草の草原で継続的に栄養塩が増えると、微細藻類、着生植物、植物プランクトンが過剰に増殖し、低酸素状態を引き起こす可能性がある。^[20]

海草は、周囲の水柱や堆積物中の酸素の供給源であると同時に吸収源でもある。夜間、海草内部の酸素圧は水柱内の酸素濃度と比例関係にあるため、水柱内の酸素濃度が低いと海草組織が低酸素状態になり、最終的には海草が枯死してしまうことがある。通常、海草堆積物は、光合成によって、または水柱から葉を通して地下茎や根に酸素を拡散させることによって、地下組織に酸素を供給する必要がある。しかし、海草の酸素バランスが変化すると、海草組織が低酸素状態になることが多い。この低酸素水柱にさらされた海草は、呼吸が増加し、光合成速度が低下し、葉が小さくなり、シュートあたりの葉の数が減少します。これにより、好気呼吸を行うための酸素が地下組織に十分に供給されなくなるため、海草は効率の悪い嫌気呼吸に頼らざるを得なくなります。海草の死滅は、死んだ植物が分解される際に酸素需要が高まるため、死亡イベントがさらなる死を引き起こすという正のフィードバックループを生み出します。 ^[20]

低酸素状態は海草への硫化物の侵入を増加させるため、光合成、代謝、成長を通じて海草に悪影響を及ぼします。通常、海草は根に十分な酸素を供給することで硫化物と戦うことができます。しかし、酸素不足により海草は酸素を供給できなくなり、死滅してしまいます。^[20]

酸素欠乏は、低酸素状態に耐えられない種を排除することで、海草床に生息する生物の多様性を減少させます。間接的に、海草の損失と劣化は、海草を隠れ場所または食料として依存している多くの種を脅かします。海草の損失は、海草生態系の物理的特性と回復力にも影響を及ぼします。海草床は、商業用、レクリエーション用、自給自足用の多くの魚介類の育成場と生息地を提供します。多くの熱帯地域では、地元の人々は海草関連の漁業を食料と収入源として依存しています。^[20]

海草はまた、水質浄化、沿岸保護、浸食防止、隔離、隣接する海洋および陸上生息地への栄養補助金の供給など、多くの生態系サービスを提供しています。酸素不足が続くと、低酸素症の影響が気候変動によって悪化し、海草の個体数の減少が加速します。^{[25] [20]}

海草床やサンゴ礁と比較すると、マングローブ生態系では低酸素症が定期的に発生することが多いが、海洋の脱酸素化が人為的な栄養素の流入や土地利用の変更による悪影響を悪化させている。^[20]

海草と同様に、マングローブの木は根茎に酸素を運び、硫化物濃度を下げ、微生物群集を変化させます。溶存酸素はマングローブ林の内部でより容易に消費されます。人為的投入は多くのマングローブ微小生息地の生存限界を押し上げる可能性があります。たとえば、マングローブ林に建設されたエビ養殖池は、マングローブ生態系に対する最大の人為的脅威と考えられています。これらのエビ養殖池は河口の循環と水質を低下させ、日周循環性低酸素症を促進します。水質が悪化すると、エビ養殖池はすぐに放棄され、大量の廃水が残ります。これは、隣接する生息地の海洋の脱酸素化を促進する水質汚染の主な原因です。^{[20] [26]}

こうした低酸素状態が頻繁に発生するため、水は魚類の生息地とはならない。極度の低酸素状態にさらされると、生態系の機能が完全に崩壊する可能性がある。極度の酸素欠乏は、重要な食料源である地元の魚類の個体数に影響を与える。マングローブ林でのエビ養殖の環境コストは、経済的利益をはるかに上回る。エビの生産を中止し、これらの地域を回復することで、富栄養化と人為的低酸素状態を軽減できる。^[20]

1970年代、海洋デッドゾーンは、集中的な経済利用が科学的調査を促した居住地域で初めて確認されました。米国東海岸のチェサピーク湾、スカンジナビアのカテガット海峡（バルト海の河口）やバルト海の他の重要な漁場、黒海、北アドリア海などです。^[27]

南米、中国、日本、ニュージーランドの沿岸海域にも他の海洋デッドゾーンが出現している。2008年の調査では、世界中に405のデッドゾーンがあると数えられた。^{[4] [2]}

バルティック・ネスト研究所の研究者らは、PNAS誌に、バルト海のデッドゾーンが近年約5,000 km ^{2から60,000 km 2}以上に拡大したという報告を発表した。 ^[要出典]

デッドゾーンの増加の原因としては、肥料の使用、大規模な畜産農場、化石燃料の燃焼、都市下水処理場からの排水などが挙げられます。^[28]

バルト海は広大なため、全体ではなくサブエリアごとに分析するのが最適です。2004年に発表された論文では、研究者はバルト海をそれぞれ独自の特徴を持つ9つのサブエリアに分けました。^[29] 9つのサブエリアは、ボスニア湾、群島地域、フィンランド湾、リガ湾、グダニスク湾、スウェーデン東海岸、中央バルト海、ベルト海地域、カテガット海峡と区別されています。^[29]各サブエリアは、栄養素の添加と富栄養化に対してそれぞれ異なる反応を示してきましたが、バルト海全体にはいくつかの一般的なパターンと対策があります。^[29]研究者のロンバーグとボンズドルフは次のように述べています。

「バルト海への栄養分の流入増加による地域特有の影響とは関係なく、その発生源は地域全体で多かれ少なかれ類似している。しかし、排出の程度と深刻さは異なる可能性がある。例えば、HELCOM (1996) や Rönnberg (2001) に見られるように、栄養分の流入の主な発生源は、農業、産業、都市下水、輸送である。大気沈着の形での窒素排出も重要であり、養殖業や林業からの漏出などの地域的な点源も重要である。」^[29]

一般的に、バルト海の各地域は同様の人為的影響を受けている。ロンベルグとボンスドルフは「バルト海地域では富栄養化が深刻な問題となっている」と述べている。^[29]しかし、水資源再生プログラムの実施に関しては、各地域を地域レベルで扱う必要があるだろう。^[要出典]

ナショナルジオグラフィックによると、チェサピーク湾は1970年代に最初に特定された低酸素地帯の1つでした。^[30]チェサピーク湾は窒素レベルが高いため季節的に低酸素状態になります。^[31]この窒素レベルは都市化、大気を窒素で汚染する工場が多数あること、そして農業が原因です。湾の反対側は養鶏場として利用されており、大量の肥料がチェサピーク湾に流れ込んでいます。^{[32] [33]}

1985年から2019年にかけて、チェサピーク湾の管理者は年間の低酸素量を減らす努力をしてきました。2016年から2017年にかけて大きな改善が見られ、管理者は努力が成功したと確信しましたが、最近のデータによると、地球温暖化の影響を継続的に抑制するにはさらなる努力が必要であることが示されています。^[34]

エリザベス川の河口は商業および軍事用に使用されており、米国東海岸で最もよく使用される港の1つです。^[35] 2015年から2019年にかけて、エリザベス川のさまざまな地域で11の異なる状況が測定されました。川全体で、窒素とリンのレベルが一貫して高く、他の汚染物質のレベルも高く、川沿いの底生動物の生活の質の低下に寄与しています。^[36]エリザベス川の汚染の主な原因は、1990年代までの軍事活動と産業活動でした。^[37] 1993年、エリザベス川プロジェクトが開始され、川の修復プロジェクトが試みられました。汚染の影響を大きく受けた魚の一種であるFundulus heteroclitus（Mummichog）を採用したこのグループは、勢いをつけて複数のプロジェクトを実行し、何千トンもの汚染された堆積物を除去しました。^[38] 2006年、大手海運会社マースクAPMはエリザベス川に新しい港を建設したいと考えていました。^[39]環境緩和策の一環として、同社はエリザベス川プロジェクトと協力してマネーポイントプロジェクトを立ち上げました。これは、底にクレオソートと呼ばれる黒いタールのような物質が堆積したために生物学的に枯渇したとされていたマネーポイントを復元する取り組みでした。マースクAPMはプロジェクトの立ち上げに500万ドルを寄付しました。^[40] 2012年までに、7エーカー以上の干潟と3エーカーの牡蠣礁を復元し、新しい海岸線を作りました。^[41] 2019年、マネーポイントプロジェクトはアメリカ海岸・ビーチ保護協会から「最優秀復元海岸」賞を受賞しました。^[42]

エリー湖の中央部には、ポイント・ペリーの東からロング・ポイントまで、カナダとアメリカの海岸まで広がる季節的なデッド・ゾーンが存在する。7月から10月の間、デッド・ゾーンは1万平方キロメートルの大きさにまで拡大することがある。^[43]エリー湖は農業用排水による過剰なリンがあり、それが藻類の成長を早め、それが低酸素状態の一因となっている。^[44]湖のリン過剰は、都市部や農業用排水などの非点源汚染と、下水や廃水処理場などの点源汚染に関連している。 [ ^45]このゾーンは、湖で富栄養化がピークを迎えていた1960年代に初めて注目された。 ^[46]国民の懸念が高まると、カナダとアメリカは1970年代にデッド・ゾーンの拡大を食い止める手段として、湖への流出汚染を削減する取り組みを開始した。^[46] 2018年の科学者らは、この地域のデッドゾーンの出現を避けるためには、リンの流出をさらに40％削減する必要があると述べた。^[47]商業漁業とレクリエーション漁業は、低酸素ゾーンの影響を大きく受けている。^{[43] 2021年には、酸素の少ない水域により、}淡水ドラムフィッシュ種（シープスヘッドフィッシュとしても知られる）が大量死した。 ^[48]湖の水は、人間の飲料水としても使用されている。^[49]夏の終わりにデッドゾーンが活発になると、湖の水に悪臭と変色が広がると言われている。^[50]

セントローレンス川下流域には、サグネ川の東からコモー湾の東にかけてデッドゾーンが存在し、その深さは275メートル（902フィート）以上で最大となり、1930年代から注目されている。^[51]カナダの科学者の主な懸念は、この地域に生息する魚類への影響である。^[要出典]

オレゴン州とワシントン州の海岸には低酸素地帯があり^[52]、2006年にピークに達し、面積は1,158平方マイルを超えました。^[53] 4月から9月にかけての強い表層風によって湧昇が頻繁に起こり、藻類の大量発生につながるため、低酸素状態は季節的な現象となっています。^[54]湧昇は低酸素地帯内の温度低下に寄与しています。^{[55]デッドゾーンにより、カニや魚などの海洋生物が移動し、}商業漁業に支障が生じています。^[52]移動できない生物は窒息し、漁師が利用できなくなることが判明しています。^[56] 2009年、ある科学者は、低酸素地帯の海底に「何千、何万もの」窒息したカニ、ミミズ、ヒトデがいると説明しました。^[57] 2021年には、デッドゾーンが発生する地域の低酸素状態の監視と継続的な研究に190万ドルが投入されました。^[56]

メキシコ湾のルイジアナ州沖でほとんどの夏に発生する一時的な低酸素底水域^[58]は、米国で最大の再発性低酸素地帯です。^[59]これは、夏の温暖化、地域循環、風の混合、および大量の淡水流出により、年間で夏の数か月間のみ発生します。^[60]ミシシッピ川は 、米国本土の 41% の流域を占めており、硝酸塩やリンなどの栄養塩を多く含んだ流出水をメキシコ湾に投棄しています。NOAAが作成した 2009 年のファクトシートによると、「低酸素症を引き起こす栄養負荷の 70% は、この広大な流域によるものです」。^{[61]これには、米国の}農業産業の中心地である中西部が含まれます。都市部 (2009 年の人口は約 1,200 万人) からの処理済み下水の排出と農業流出水を合わせると、約 1,000トンの二酸化炭素が排出されます。アイオワ州はミシシッピ川の流域の5％未満を占めるに過ぎないが、同州の地表水からの硝酸塩排出量は平均して年間約204,000～222,000トンで、ミシシッピ川がメキシコ湾に排出する硝酸塩の25％を占める。 ^[61]窒素は確かに作物の収穫量を増やすために必要であるが、植物は窒素を吸収するのが非効率的であり、植物が実際に必要とする量よりも多くの肥料が使用されることが多い。そのため、施用された窒素のほんの一部だけが作物に利用され、地域によってはその数値が20％未満である。^[62]アイオワ州はミシシッピ川流域の5％未満を占めるに 過ぎないが、同州の地表水からの硝酸塩の年間平均排出量は約204,000～222,000トンで、ミシシッピ川がメキシコ湾に排出する硝酸塩全体の25％を占める。^[63]ラクーン川流域からの輸出は米国で最も多く、年間収量は1ヘクタールあたり26.1kgで、メキシコ湾低酸素症報告書で評価されたミシシッピ川の42の支流域の中で最も硝酸塩の損失が大きい。^{[64] [65]} 2012年、アイオワ州はアイオワ栄養塩削減戦略を導入した。これは「アイオワ州の水域とメキシコ湾への栄養塩の評価と削減を行う科学技術に基づく枠組みである。科学的、合理的、費用対効果の高い方法で、点源と非点源の両方から表層水の栄養塩を削減する取り組みを導くように設計されている」。^[66] この戦略は、アウトリーチ、研究、栄養素保持慣行の実施を通じてアイオワ州のマイナス寄与を削減するための自主的な方法を使用して進化し続けている。ミシシッピ川流域への農業用水の流出を減らすために、ミネソタ州は2015年に「緩衝地帯法」としても知られるMN法令103F.48を可決しました。これは、強制的な河川緩衝地帯の設置を目的とした法律です。ミネソタ州全域の農地と公共水路の間の緩衝地帯。ミネソタ州水土資源委員会（BWSR）は2019年1月に「緩衝地帯法」の遵守率が99％に達したと報告した。^[要出典]

メキシコ湾で毎年夏に数週間発生する低酸素状態の底水域は、1985年から2024年までのほとんどの年で地図化されている。その大きさは毎年異なり、過去最高を記録した2017年には22,730平方キロメートル（8,776平方マイル）を超え、過去最低を記録した1988年には39平方キロメートル（15平方マイル）であった。^{[67] [58] [68] [69]} 2015年のデッドゾーンは16,760平方キロメートル（6,474平方マイル）であった。^[70] ルイジアナ州ココドリーのルイジアナ大学海洋コンソーシアムのナンシー・ラバライスは、2012年のデッドゾーンまたは低酸素ゾーンは17,353平方キロメートル（6,700平方マイル）の面積を覆い、これはコネチカット州よりも広いと予測している。しかし、測定が完了したとき、2012年の低酸素底水の面積はわずか7,480平方キロメートルでした。ミシシッピ川からの窒素フラックスを使用して「デッドゾーン」領域を予測するモデルは、2006年から2014年にかけて系統的に高かったと批判されており、2007年、2008年、2009年、2011年、2013年には記録的な領域を予測しましたが、実現することはありませんでした。^[71]

1988年の夏の終わりには、大干ばつによりミシシッピ川の流量が1933年以来最低水準まで落ちたため、デッドゾーンは消滅した。1993年のようにミシシッピ川流域で大洪水が発生したとき、「デッドゾーン」は劇的に広がり、前年より約5,000 km（3,107マイル）も拡大した」^{[72] 。}

デッドゾーンはメキシコ湾の利益の大きい商業漁業とレクリエーション漁業を脅かしていると主張する人もいる。「2009年、メキシコ湾の商業漁業の港湾価値は6億2900万ドルだった。約300万人のレクリエーション漁師が2200万回の釣り旅行を行い、さらに湾岸経済に約100億ドルを貢献した。」^[73]科学者は、栄養負荷が漁業に悪影響を与えるという点で全員が同意しているわけではない。グライムズは、栄養負荷がメキシコ湾の漁業を活性化させると主張している。^[74]コートニーらは、栄養負荷がメキシコ湾北部と西部のアカフエダイの増加に寄与した可能性があると仮説を立てている。^[75]

2017年、チューレーン大学は、より少ない肥料で作物を栽培するための100万ドルのチャレンジ助成金を提供しました。^[76]

メキシコ湾で「デッドゾーン」が初めて報告されたのは1950年のエビ漁船だったが、科学者が調査を始めたのは1970年になってからで、低酸素ゾーンの規模が拡大した。^[77]

1950年以降、森林や湿地の農業や都市開発への転換が加速した。「ミズーリ川流域では、何十万エーカーもの森林や湿地（66,000,000エーカー）が農業活動に置き換えられた。[...]ミシシッピ川下流域では、1950年から1976年の間に、渓谷の森林の3分の1が農業に転換された。」^[77]

2007年7月、ブラゾス川がメキシコ湾に注ぐテキサス州沖でデッドゾーンが発見された。 ^[78]

鎮海湾は、韓国の2大デッドゾーンのうち最初のものである。鎮海湾で低酸素症が初めて報告されたのは1974年9月である。2011年、韓国の低酸素ゾーンの原因、影響、および対策を観察および記録するための共同研究が行われた。鎮海湾では、6月上旬から9月下旬まで季節的なデッドゾーンが発生することが判明した。このデッドゾーンは、「家庭および土地利用廃棄物と熱成層」によって引き起こされる。鎮海湾では、湾底部で主に低酸素症が発生する。リンと窒素の比率は、湾底部では不均衡であるが、上部では均衡している。ただし、湾全体が富栄養化を経験する6月上旬から9月下旬は例外である。鎮海湾の低酸素症の影響は、韓国周辺の海洋系に見られ、特に石灰質の殻を持つ生物の生物多様性が失われている。^[79]

始華湾は1994年に造られた沿岸貯水池で、周辺の農地に水を供給し、近くの工場の排水湖として機能している。湾は環境への配慮があまりなく造られたため、1999年までに水質は著しく低下した。この水質低下の原因は、湾に十分な循環や新しい水の流れがなく、家庭や産業廃棄物が投棄されたためである。これに対応して、韓国政府は湾内に汚染管理システムを設置し、湾の水が海水と混ざるようにゲートシステムを設けた。始華湾ではリンと窒素の不均衡も発生しているが、アンモニウムの大量発生も発生している。^[80]     

2007年のエネルギー独立安全保障法は、 2022年までに360億米ガロン（1億4000万立方メートル）の再生可能燃料を生産することを求めており、これには150億米ガロン（5700万^{立方メートル}）のトウモロコシ由来エタノールが含まれる。これは現在の生産量の3倍で^{あり、トウモロコシの生産量も同様に増加する必要がある。 [81]}残念ながら、この計画は新たな問題を引き起こしている。トウモロコシ生産の需要増加は、窒素流出量に比例して増加する。地球の大気の78％を構成する窒素は不活性ガスであるが、より反応性の高い形態があり、そのうち2つ（硝酸塩とアンモニア）は肥料の製造に使用されている。^[82]

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の作物生理学教授フレッド・ビロウ氏によると、トウモロコシは他の作物よりも単位面積あたりの穀物生産量が多く、他の作物と異なり土壌中の利用可能な窒素に完全に依存しているため、より多くの窒素ベースの肥料が必要である。2008年3月18日に米国科学アカデミー紀要に報告された結果によると、150億米ガロン（57,000,000 m ³ ）の目標を達成するためにトウモロコシの生産を拡大すると、デッドゾーンの窒素負荷が10～18％増加する。これにより、窒素レベルは、1997年以来デッドゾーンを監視してきた連邦、州、部族機関の連合であるミシシッピ流域/メキシコ湾水栄養タスクフォース（ミシシッピ川流域保全プログラム）が推奨するレベルの2倍にまで上昇することになる。タスクフォースは、デッドゾーンを縮小するには窒素流出を30％削減する必要があると述べている。^[81]

底生生物群集の回復は、主にその海域内の低酸素状態の期間と深刻度に依存します。状態がそれほど深刻でなく、一時的に酸素が枯渇した場合は、隣接海域からの底生幼生による再定着により、その海域の底生生物群集は急速に回復しますが、低酸素状態が長く続き、酸素枯渇が深刻になると、再定着期間も長くなります。^[2]回復は海域内の成層レベルにも依存するため、暖かい海域の成層が激しい海域では、無酸素状態や低酸素状態から回復する可能性が低く、富栄養化による低酸素状態の影響も受けやすくなります。^{[2]成層海洋環境における回復能力と低酸素状態に対する感受性の違いは、}海洋温暖化が進むにつれて、将来的にデッドゾーンの回復作業を複雑にすることが予想されます。^[要出典]

富栄養化につながる栄養流入が止まった後、回復する可能性が最も高いのは、周辺に豊かな生物群集がある小規模な低酸素システムである。しかし、被害の程度や低酸素地帯の特性によっては、10年ほどで大規模な低酸素状態が回復することもある。例えば、かつては世界最大だった黒海のデッドゾーンは、ソ連の崩壊と東欧・中央ヨーロッパの中央計画経済の終焉により肥料が高価になりすぎたため、1991年から2001年の間にほぼ消滅した。この地域では漁業が再び主要な経済活動となっている。^[83]

黒海の「浄化」は大部分が意図的ではなく、制御が難しい肥料の使用量の減少を伴っていたが、国連は大規模な産業排出を削減することによる他の浄化を提唱してきた。^[83] 1985年から2000年にかけて、ライン川沿いの国々による政策努力により、下水と産業からの窒素の水中への排出が削減され、北海のデッドゾーンの窒素は37%減少した。他の浄化はハドソン川沿いで行われており^[84]、サンフランシスコ湾でも行われている。^[4]

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