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大西洋南北循環（AMOC ）は、大西洋の主要な海流システムです。[1] : 2238 これは地球の海洋循環システムの構成要素であり、気候システムにおいて重要な役割を果たしています。AMOCには、天候、温度、塩分濃度の変化によって引き起こされる表面と深海の大西洋海流が含まれます。これらの海流は、主要な海流の流れを含む地球全体の熱塩循環の半分を構成し、残りの半分は南極海循環です。[2]
AMOC は、大西洋上層の暖かく塩分濃度の高い水の北向きの流れと、冷たく塩分濃度の高い深層水の南向きの戻りの流れで構成されています。南からの暖かい水は、熱帯地域での蒸発率が高いため、塩分濃度が高くなります (「塩分躍層」)。暖かい塩分濃度の高い水は海洋の上層 (「サーモクライン」) を形成しますが、この層が冷えると、塩分濃度の高い水の密度が高まり、深層に沈みます。これは AMOC システムの重要な原動力です。肢は、北欧海と南極海の反転領域によってつながっています。反転地点は、熱、溶存酸素、炭素、その他の栄養素の激しい交換と関連しており、海洋の生態系と炭素吸収源としての機能にとって非常に重要です。[3] [4] AMOC の強さの変化は、気候システムの複数の要素に影響を及ぼす可能性があります。[1] : 2238
気候変動は、海洋の熱量の増加と、氷床の融解による淡水流量の増加を通じて、AMOCを弱める可能性がある。[5]海洋学的再構築を用いた研究によると、2015年時点で[アップデート]、AMOCは産業革命以前よりも弱まっていることが示唆されている。[6] [7]さまざまな要因の相対的な寄与については議論があり、この弱体化が気候変動によるものか、数千年にわたる循環の自然変動によるものかは不明である。[8] [9] 気候モデルは、 AMOCが21世紀中にさらに弱まると予測している。[10] : 19 この弱体化により、スカンジナビア、イギリス、アイルランドの平均気温が低下するだろう。これらの地域は北大西洋海流によって温められているためである。 [11] AMOCが弱まると、北米周辺の海面上昇も加速し、北大西洋の一次生産が減少するだろう。 [12]
AMOCの深刻な弱体化は循環の崩壊につながる可能性があり、これは容易には回復できず、気候システムの転換点の1つとなる。[13]崩壊により、ヨーロッパの平均気温と降雨量が大幅に低下する。[14] [15]また、異常気象の頻度が上昇し、その他の深刻な影響が出る可能性がある。[16] [17]
全体構造
大西洋南北循環（AMOC）は大西洋の主な海流システムであり、[1] : 2238 、また、世界中の海洋を単一の「コンベアベルト」で連続的に水を交換する地球規模の熱塩循環の一部でもあります。 [18]通常、比較的暖かく、塩分の少ない水は海洋の表面に留まり、深層はより冷たく、密度が高く、塩分が多く、海洋の成層として知られています。[19]深層水は最終的に混合海洋層との交換で熱を獲得し、塩分を失い、密度が低くなり、表面に向かって上昇します。温度と塩分の違いは海洋の層間および世界の海洋の部分間に存在し、それらが一緒になって熱塩循環を促進します。[18]太平洋は大量の淡水が降るため、他の海よりも塩分濃度が低いです。[20]表層水の塩分濃度は数百メートルより深くまで沈むには不十分であり、深海水は他の場所から来ている必要がある。[18]
北大西洋の海水は太平洋よりも塩分濃度が高い。これは、表面での大規模な蒸発により残留水中に塩分が濃縮されることと、北極圏付近の海氷が冬季に凍結して塩分を排出することが一因である。[21]さらに重要なのは、大西洋で蒸発した水分は、雨として降る前に大気循環によって速やかに運び去られることである。貿易風はこの水分を中央アメリカを横切り、北太平洋東部に運び、そこで雨として降る。[22]チベット高原、ロッキー山脈、アンデス山脈などの主要な山脈により、同等の水分が大西洋に戻ることはない。[23]
このプロセスにより、大西洋の表層水は塩分を多く含み、密度が高くなり、最終的に沈降して北大西洋深層水（NADW）を形成します。 [24] NADWの形成は主に北欧海で発生し、デンマーク海峡越流水（DSOW）、アイスランド・スコットランド越流水（ISOW）、北欧海越流水などの地域水塊の複雑な相互作用が関与しています。 [25] ラブラドル海水も重要な役割を果たしている可能性がありますが、ラブラドル海とイルミンガー海の水は主に北大西洋環流を通じて循環しており、AMOCの残りの部分とはほとんど関係がないことを示す証拠が増えています。[4] [26] [14]
NADWは大西洋で最も深い水層ではありません。南極底水（AABW）は、4,000メートル（2.5マイル）より深い海盆では常に最も密度が高く、最も深い海洋層です。[27] AABWの流れの上流が湧昇すると、NADWに溶け込んで強化されます。NADWの形成は、循環の下層セルの始まりでもあります。 [18] [3] NADWを形成する沈降は、同量の湧昇によってバランスが取られています。西大西洋では、エクマン輸送、つまり風の活動によって引き起こされる海洋層の混合の増加により、アフリカの北西海岸と南西海岸に位置するカナリア海流とベンゲラ海流に強い湧昇が生じます。 2014年現在[アップデート]、湧昇はベンゲラ海流よりもカナリア海流のほうがかなり強いが、後期鮮新世に中央アメリカ海路が閉鎖されるまでは逆のパターンが存在していた。[28]東大西洋では、この地域の深いサーモクラインにより風の活動よりも海面温度の状態に依存するため、顕著な湧昇は年間の特定の月にのみ発生する。また、エルニーニョ/ラニーニャサイクルと同期して発生する複数年にわたる湧昇サイクルもある。 [29]
同時に、NADW は南に移動し、大西洋横断線の南端でその約 80% が南極海に湧昇し[24] [30]、南極海オーバーターン循環(SOOC)に接続します。[31]湧昇後、水は 2 つの経路のいずれかをたどると理解されています。南極近くで表面化した水は、南極の海氷によって冷やされ、循環の下部セルに再び沈みます。この水の一部は AABW に再び加わりますが、下部セルの流れの残りは最終的に太平洋とインド洋の深部に到達します。[18]氷のない低緯度で湧昇した水は、エクマン輸送によりさらに北に移動し、上部セルに送られます。上部セルの暖かい水は、主にアフリカ沿岸[説明が必要]とインドネシア諸島を通過する北大西洋への戻り流の原因です。この水が北大西洋に戻ると、より冷たく密度が増し、沈降して北大西洋水に再び流れ込みます。[31] [24]
気候システムにおける役割
赤道地域は地球上で最も暑い地域です。熱力学により、この熱は極に向かって移動します。この熱のほとんどは大気循環によって運ばれますが、暖かい表層海流が重要な役割を果たします。赤道からの熱は北または南に移動しますが、熱の流れが北向きである唯一の海洋は大西洋です。[33]大西洋での熱伝達の多くは、カリブ海から暖かい水を北に運ぶ表層海流であるメキシコ湾流によって発生します。メキシコ湾流全体が風のみによって駆動されている一方で、その最北端のセグメントである北大西洋海流は、AMOCでの熱塩交換から多くの熱を得ています。[3]したがって、AMOCは全熱の最大25％を北半球に運び、[33]北西ヨーロッパ周辺の気候に重要な役割を果たしています。[34]
大気のパターンも熱伝達に大きな役割を果たすため、海流による熱輸送がなければ北ヨーロッパの気候は北アメリカと同じくらい寒くなる（つまり、最大で15～20℃（27～36℉）低い）という考えは、一般的には誤りであると考えられています。[35] [36]あるモデリング研究では、AMOCの崩壊により、1世紀以内に海氷の拡大や大規模な氷河形成など、氷河期のような寒冷化が起こる可能性があることが示唆されましたが、[37] [38]それらの結果の正確性は疑問です。[39] AMOCにより、北ヨーロッパと西ヨーロッパは、地域によって4℃（7.2℉）から10℃（18℉）の差はあるものの、AMOCがない場合よりも暖かく保たれているというコンセンサスがあります。[16] [14]例えば、フロリダ海流の研究では、表面塩分濃度の上昇により、1200年から1850年頃にメキシコ湾流が約10％弱くなり、これが小氷期として知られる状況に寄与した可能性が高いことが示唆されています。[40]
AMOC は、主に 2 つの方法で大西洋をより効果的な炭素吸収源にします。まず、湧昇によって表層水に大量の栄養分が供給され、植物プランクトンの成長が促進されるため、海洋の一次生産と表層水での光合成量が増加します。次に、湧昇した水は、通常 1,000 年前のものであり、大気中の人為的な CO2 増加の影響を受けていないため、溶存炭素濃度が低くなります。この水は、より飽和した表層水よりも大量の炭素を吸収し、沈降するときに大気中に炭素を放出するのを防ぎます。[ 41]南極海は圧倒的に強力な海洋炭素吸収源ですが、 [42]北大西洋は北半球で最大の単一炭素吸収源です。[43]
後期更新世の急激な変化
大西洋南北循環（AMOC）は、温度や塩分濃度の異なる海水層間の一連の相互作用に依存しているため、静的ではなく、小さな周期的な変化[45] [8]と、外部からの強制力に応じたより大きく長期的な変化を経験します。[46]それらの変化の多くは、現在の完新世の前の最後の地質時代である後期更新世（126,000～11,700年前）に発生しました。[47]また、この中には、俗に「最終氷河期」と呼ばれる最終氷期も含まれます。 [48]この期間中に、両半球間で25回の急激な温度変動が発生しました。これらの変動は、 1980年代にグリーンランドの氷床コアを分析して発見したウィリー・ダンスガードとハンス・エシュガーにちなんで、ダンスガード・エシュガー・イベント（DOイベント）と呼ばれています。[49] [50]
DO イベントは、数十年にわたってグリーンランドで発生した 8 °C (15 °F) から 15 °C (27 °F) の急速な温暖化で最もよく知られています。[48]温暖化は北大西洋全体でも発生しましたが、これらのイベント中に南極海でも同等の冷却が発生しました。これは、強化された AMOC が一方の半球からもう一方の半球に多くの熱を輸送していることと一致しています。[51]北半球の温暖化は氷床の融解を引き起こし、多くの DO イベントは、当時存在していたローレンタイド氷床から大量の氷山が分離したハインリッヒ イベントによって終了したようです。氷山が海で溶けると、海水がより淡水になり、循環が弱まり、DO の温暖化が止まりました。[44]
AMOC がなぜこれほど大きく変動し、しかもそれがこの氷河期にのみ起こったのかについては、まだコンセンサスのある説明はない。[52] [53]一般的な仮説には、北大西洋の塩分変化の周期的パターン、または風のパターンに影響を与えるほどの大きさであるこの地域の氷床の成長と減少による風のパターン周期などがある。[48] 2010 年代後半の時点で、一部の研究では、AMOC は広大な氷床と低CO2の期間に変化に対して最も敏感であると示唆されており、[54]最終氷河期はそのような変動の「スイートスポット」となっている。[53]南半球の温暖化により、より暖かい水が全体的な熱塩循環を通じて北に広がったため、このパターンが開始されたのではないかと示唆されている。[52] [51]古気候の証拠は、DO イベントが AMOC の変化から始まったのか、それとも AMOC が別のトリガーに応じて変化したのかを判断するには現時点では十分ではない。[55]例えば、海氷の変化が氷アルベドフィードバックを通じて水温と循環に影響を与え、DO現象を引き起こしたと示唆する研究もある。[52] [56]
DO事象は逆順に番号が付けられ、最も大きい番号が最も古い事象に割り当てられる。[52]最後から2番目の事象であるダンスガード・オシュガー事象1は約14,690年前に発生し、オールデスト・ドリアス期からボリング・アレルド・インタースタディアル（デンマーク語： [ˈpøle̝ŋ ˈæləˌʁœðˀ] ）への移行を示し、現在から12,890年前まで続いた。[58] [59]この事象は、北半球の比較的温暖な時期にのみ生き残った可能性のある植物化石が発見されたデンマークの2つの場所にちなんで名付けられた。[58]北半球の主な温暖化は南半球の寒冷化と地球温度の純変化がほとんどなかったことで相殺され、これはAMOCの変化と一致している。[57] [60]間氷期の始まりは、氷床の崩壊による海面上昇の期間も引き起こし、これは融水脈1Aと呼ばれています。[61]
間氷期のボリング期とアレロッド期は、逆のパターン（北半球が寒冷化し、南半球が温暖化する）の2世紀で区切られており、これは古期ドリアス期として知られている。これは、間氷期中に森林が生育できた場所で北極の花であるドリアス・オクトペタラが優勢になったためである。[58]間氷期は、ヤンガードリアス（YD）期（12,800～11,700年前）の開始とともに終了し、このとき北半球の気温は、おそらく10年以内に氷河期レベル近くまで戻った。[62]これはAMOCの急激な減速によって起こり、[63]これはハインリッヒ・イベントと同様に、ローレンタイド氷床の氷の減少による淡水化によって引き起こされた。本当のハインリッヒ・イベントとは異なり、大量の氷山の損失ではなく、現在のカナダにあるマッケンジー川を流れる膨大な量の融解水があった。[64]熱帯収束帯の南方移動、北米の降水量の増加、南米とヨーロッパの乾燥化など、降水レジームに大きな変化が生じた。 [63] : 1148 ヤンガードリアス期には再び世界の気温はほとんど変化せず、ヤンガードリアス期の終了後は長期的な後氷期温暖化が再開した。[60]
安定性と脆弱性
AMOC は常に存在していたわけではない。地球の歴史の大部分において、北半球の循環は北太平洋で起こっていた。古気候の証拠によると、循環が太平洋から大西洋に移行したのは、3400 万年前の始新世から漸新世への移行期で、北極と大西洋のゲートウェイが閉じたときだった。[66]この閉鎖により、熱塩循環の構造が根本的に変化した。一部の研究者は、AMOC が停止した後、気候変動によって最終的にこの変化が逆転し、太平洋循環が再構築される可能性があると示唆している。 [67] [38]気候変動は、地球のエネルギー不均衡の結果として表層水を温暖化し、主にグリーンランドの氷が溶けて大量の淡水が加わり、北大西洋の降水量が増えることで表層水の塩分濃度を低下させることで、AMOC に影響を与える。これらの原因は両方とも、表層と深層の間の差を拡大し、循環を駆動する湧昇と沈降をより困難にする。[68]
1960年代、ヘンリー・ストンメルは、後にストンメル・ボックス・モデルとして知られるようになるモデルを用いてAMOCの研究を多く行い、ストンメル分岐の概念を導入した。このモデルでは、AMOCは、記録された歴史を通じて存在していたような強い状態で存在するか、または実質的にはるかに弱い状態に崩壊し、崩壊を引き起こした温暖化や淡水化の増加が抑制されない限り回復しない可能性がある。[69]温暖化や淡水化は、崩壊を直接引き起こすか、循環を弱めて通常の変動（ノイズ）によって転換点を超える状態にする可能性がある。[65] AMOCが「オン」または「オフ」の双安定システムであり、突然崩壊する可能性があるという可能性は、それ以来ずっと科学的議論の話題となっている。[70] [71] 2004年にガーディアン紙は、国防総省の国防顧問アンドリュー・マーシャルの委託を受けた報告書の調査結果を発表した。それによると、AMOCの突然の停止の結果、ヨーロッパの年間平均気温は2010年から2020年の間に6°F（3.3°C）低下するだろうと示唆している。[72]
AMOC崩壊のモデル化
ストンメルの研究後に開発されたモデルの中には、AMOC が完全な強度と完全な崩壊の間に 1 つ以上の中間安定状態を持つ可能性があることを示唆しているものがある。[75]これは、AMOC のような気候システムの特定の部分に焦点を当て、他の部分を無視する中複雑性地球モデル (EMIC) でより一般的に見られるものであり、より包括的な一般循環モデル(GCM) では、気候全体をシミュレートするための「ゴールド スタンダード」であるが、特定の相互作用を単純化する必要があることが多い。[76] GCM は通常、AMOC が単一の平衡状態を持ち、崩壊することは困難または不可能であることを示しています。[77] [73]研究者は、モデル化された崩壊に対するこの抵抗は、GCM シミュレーションが大量の淡水を北極に向け直す傾向があるためだけに発生するのではないかと懸念を表明している。北極では淡水は循環に影響を与えなくなり、自然界ではこのような動きは発生しない。[45] [78]
2024年に、3人の研究者がコミュニティ地球システムモデル（CIMP）の1つを使用して、中程度の複雑性モデルと同様に、古典的なAMOCの崩壊が発生したシミュレーションを実行しました。[37]他のいくつかのシミュレーションとは異なり、彼らはモデルを非現実的な融解水レベルにすぐにさらすのではなく、徐々に入力を増やしました。彼らのシミュレーションは崩壊が起こる前に1,700年以上実行され、最終的には年間6cm（2.4インチ）の海面上昇に相当する融解水レベルにも達しました。[ 39]これは、 1993年から2017年までの年間2.9mm（0.11インチ）の海面上昇の約20倍であり、[79]妥当であると考えられているレベルをはるかに上回っています。研究者によると、これらの非現実的な条件はモデルの非現実的な安定性を相殺することを意図しており、モデルの出力は予測ではなく、崩壊前に海流がどのように変化し始めるかを高解像度で表現したものと見なす必要があります。[37]他の科学者たちは、この研究の結果は、特により良い観測データが利用可能になった後、より現実的な研究を較正するのに主に役立つだろうと同意した。[39] [38]
いくつかの研究では、古典的なEMIC予測はAMOCの崩壊に偏っていると示唆されている。なぜなら、それらは循環を非現実的に一定の淡水の流れにさらすからである。ある研究では、一定の淡水フラックスと変動する淡水フラックスの差が、典型的なストンメル分岐EMICにおける循環の崩壊を1,000年以上遅らせた。研究者らは、このシミュレーションは13,500～14,700年前の融水パルス1Aに対するAMOCの反応の再構築とより一致しており、同様に長い遅延を示していると述べた。[65] 2022年には、古海洋学的再構築により、海面上昇が約50メートル（160フィート）だった約11,700～6,000年前の最終完新世融氷期の大規模な淡水強制による影響は限定的であることが判明した。これは、ほとんどのモデルがAMOCに対する淡水強制の影響を過大評価していることを示唆している。[80] AMOCが一般に考えられている以上に風の強さ（温暖化による変化は比較的少ない）に依存しているのであれば、AMOCは崩壊しにくいだろう。[81]一部の研究者によると、あまり研究されていない南極海循環（SOOC）はAMOCよりも崩壊しやすい可能性がある。[82]
高品質の地球システムモデルは、崩壊の可能性は低く、2100年以降も高レベルの温暖化（≥4 °C（7.2 °F）） [14]が持続した場合にのみ起こり得ることを示している。 [78] [83] [84]一部の古海洋学的研究はこの考えを支持しているようだ。[80] [65]一部の研究者は、複雑なモデルが安定しすぎていることを懸念しており[74]、より複雑でない予測による早期の崩壊の方が正確であると考えている。[85] [86]それらの予測の1つは、AMOCの崩壊が2057年頃に起こる可能性があることを示唆しているが[87]、多くの科学者はその予測に懐疑的である。[88]一部の研究では、南極海循環はAMOCよりも崩壊しやすい可能性があることも示唆されている。[82] [16] 2024年10月、44人の気候科学者が公開書簡を発表し、過去数年間の科学的研究によれば、AMOC崩壊のリスクは大幅に過小評価されており、今後数十年以内に起こり、特に北欧諸国に壊滅的な影響を与える可能性があると主張した。彼らは北欧諸国に対し、それを防ぐためにパリ協定の実施を確実にするよう求めた。 [89] [90]
トレンド
2024年までは、循環の減速を示す観測と安定した循環を示す気候モデルとの間に不一致がありました。2024年11月、ネイチャージオサイエンス誌は、この問題を解決しようとする研究を発表しました。科学者たちは「地球システムと渦を許容する海洋と海氷の結合モデル」を使用しました。その後、観測とモデルは互いにはるかによく一致しました。この研究では、1950年以来、10年あたり0.46スベルドラップの減速が見つかりました。[91]
観察
AMOC の強さの直接観測は、大西洋の北緯 26 度に設置されたRAPID という現場係留アレイによって 2004 年から行われている。 [93] [92]観測データは、使用するには長期間収集する必要がある。そのため、一部の研究者は小規模の観測から予測を試みた。たとえば、2005 年 5 月、ピーター ワダムズによる潜水艦ベースの研究では、AMOC システムの小さな部分であるグリーンランド海の沈降が 、煙突と呼ばれるニックネームの巨大な水柱を使用して測定され、下方へと移動する水が通常の 4 分の 1 未満の強さであることが示された。[ 94] [95] 2000 年には、他の研究者が北大西洋環流(NAG)、別名北部亜極環流 (SPG) の傾向に注目した。[96] 2004 年の測定では、NAG が 1992 年の測定と比較して 30% 減少していることが判明した。この測定結果をAMOCの崩壊の兆候と解釈する者もいた。[97] RAPIDデータはその後、これが統計的な異常値であることを示しており、[98] 2007年と2008年の観測ではNAGの回復が示された。[99]現在ではNAGはAMOCの残りの部分から大きく離れており、独立して崩壊する可能性があることが分かっている。[14] [100] [16]
2014年までに、2012年末までのRAPIDデータが十分に処理され、これらのデータは、当時の最先端のモデルによって予測されたよりも10倍大きい循環の減少を示しているように見えました。これが気候変動の強い影響を示しているのか、循環の大きな10年周期の変動を示しているのかについての科学的議論が始まりました。[45] [101] 2017年までのデータでは、2008年と2009年の減少は異常に大きかったが、2008年以降の循環は2004～2008年よりも弱いことが示されました。[92]
AMOCは、全体的な海流と相関する熱輸送の変化を追跡することによっても測定されます。2017年と2019年には、NASAのCERES衛星と国際アルゴフロートによる熱観測から得られた推定値によると、RAPIDが示唆したよりも15〜20％少ない熱輸送が発生しており、10年規模の変動の兆候は限られているものの、かなり安定した流れを示しています。[102] [103]
フロリダ海流の強さは、地球の磁場の変化を補正した後、過去40年間にわたって安定していると測定されています。[104]
再建
最近の過去
気候再構築により、研究者はAMOCの過去の状態についてのヒントを集めることができるが、これらの手法は必然的に直接観測よりも信頼性が低い。2021年2月、RAPIDデータは、RAPIDの25年前に記録されたデータから再構築された傾向と組み合わせられた。この研究では、過去30年間のAMOCの全体的な衰退の証拠は示されなかった。[105] 2020年に発表されたScience Advancesの研究では、1990年代と比較してAMOC循環に大きな変化は見られなかったが、同時期に北大西洋全体で大きな変化が起こっている。[106] 2022年3月のレビュー記事は、地球温暖化がAMOCの長期的な弱体化を引き起こす可能性がある一方で、1980年以降の変化を分析する際には、直接的なものも含め（その期間には弱体化と強化の両方の期間があるため）、検出が依然として困難であり、どちらの変化の大きさも5％から25％の範囲で不確実であると結論付けた。[107]
20世紀
いくつかの再構築では、AMOCの現在の状態を1世紀ほど前の状態と比較しようと試みた。例えば、2010年の統計分析では、AMOCの弱体化は1930年代後半から続いており、1970年頃に北大西洋の反転セルが突然移動したことが判明した。 [108] 2015年には、別の統計分析で、一部の気温記録の寒冷パターンがAMOCの弱体化の兆候であると解釈された。この分析では、AMOCは200年間で15～20％弱体化し、20世紀のほとんどの期間で循環が鈍化したと結論付けられた。1975年から1995年の間、循環は過去1000年間のどの時期よりも弱かった。この分析では、1990年以降は限定的な回復も示されていたが、著者らは将来的に再び衰退する可能性が高いと警告した。[6]
2018年に行われた別の再構築では、20世紀半ば以降、約15％の弱体化が起こっていることが示唆された。[109] 2021年の再構築では、1世紀以上にわたる海洋温度と塩分データが使用され、8つの独立したAMOC指標に大きな変化が見られ、「ほぼ完全な安定性の喪失」を示している可能性がある。この再構築では、8つの指標すべての一貫した記録を維持するために、1900年以前と1980年以降の35年間のデータをすべて省略せざるを得なかった。[86]これらの調査結果は、1900年から2019年の間に記録されたデータを使用した2022年の研究によって異議を唱えられ、1900年から1980年の間にAMOCに変化はなく、AMOC強度の単一のスベルドラップの減少は1980年まで発生せず、この変動は自然変動の範囲内にとどまっていることがわかった。[8]
堆積物の分析によると、AMOCは20世紀半ばから20％弱体化していることがわかりました。[110]
ミレニアルスケール
2018年の研究によると、過去150年間のAMOCは、それ以前の1,500年間と比較して例外的に弱く、小氷期後のAMOCの衰退のモデル化された時期に矛盾があることが示唆された。[112] 2017年のレビューでは、ヤンガードリアスや多くのハインリッヒイベントなどの急激な気候イベント中にAMOCの強度と構造が過去に変化したことを示す強力な証拠があると結論付けられた。[113] 2022年には、別の千年規模の再構築により、大西洋の数十年規模の変動が「記憶」の増加を強く示していることが判明した。つまり、平均状態に戻る可能性が低くなり、代わりに過去の変動の方向に進む可能性がある。このパターンはAMOCに関連している可能性が高いため、ほとんどのモデルでは見られない「静かな」安定性の喪失を示している可能性がある。[111]
2021年2月、ネイチャージオサイエンス誌に掲載された主要な研究によると、前世紀にAMOCが前例のないほど弱体化したことが報告されており、この変化は人間の行動によって引き起こされたことを示している。[7] [114]研究の共著者は、AMOCはすでに約15％減速しており、現在その影響が見られるようになったと述べ、次のように述べている。「20年から30年後にはさらに弱まる可能性があり、それは必然的に天候に影響を与え、ヨーロッパでは嵐や熱波が増加し、米国東海岸では海面が上昇するだろう。」[114] 2022年2月、ネイチャージオサイエンス誌は17人の科学者が共著した「Matters Arising」という解説記事を掲載し、これらの調査結果に異議を唱え、AMOCの長期的な傾向は依然として不確実であると述べた。[9]同誌はまた、2021年の研究の著者からの回答を掲載し、彼らの調査結果を擁護した。[115]
考えられる間接的な兆候
一部の研究者は、最近観測されたさまざまな気候変動や傾向がAMOCの減少に関連していると解釈している。たとえば、グリーンランド付近の北大西洋環流[117]の広い領域は、1900年から2020年の間に0.39 °C（0.70 °F）冷却されたが、これは他の場所での大幅な海洋温暖化とは対照的である。[118]この冷却は通常季節的なものであり、2月に最も顕著になり、冷却は地域の震源地で0.9 °C（1.6 °F）に達するが、暖かい月、特に8月には産業革命以前のレベルと比較して温暖化が見られる。[117] 2014年から2016年の間、この地域の海水は温暖化する前の19か月間冷たいままであり、[119]メディアはこの現象をコールドブロブと表現した。[120]
冷たい塊のパターンは、十分に淡水で冷たい水が深層に沈むのを避けるため発生する。この淡水化は、AMOCの減速が鈍化している証拠としてすぐに説明された。[120]その後の研究では、低雲の増加[121]や北大西洋振動（NAO）の強化などの大気の変化も、この局所的な冷却に大きな役割を果たしていることが判明した。 [118]この現象におけるNAOの全体的な重要性は議論の余地があるが[119]、冷たい塊の傾向だけではAMOCの強さを分析することはできない。[121]
AMOC の減速のもう一つの早期兆候として考えられるのは、北大西洋が炭素吸収源として機能する可能性が相対的に低下していることである。2004 年から 2014 年の間に、北大西洋に隔離された炭素の量は 1994 年から 2004 年に比べて 20% 減少しており、研究者らはこれを AMOC の減速の証拠と考えた。この減少は、南極海の一部とみなされる南大西洋での同等の増加によって相殺された。[122]すべての炭素吸収源による炭素吸収量の合計は、一般的に 21 世紀を通じて増加すると予測されているが、北大西洋の吸収源が継続的に減少することは重要な意味を持つだろう。[123]一部の研究で AMOC の減速に起因するとされた他のプロセスには、南大西洋の塩分濃度の上昇、[124]セントローレンス湾の急速な脱酸素化、[125] [126]および過去 200 年間の北大西洋全体の植物プランクトン生産性の約 10% の低下がある。[127]
予測
個別モデル
歴史的に、気候科学のゴールドスタンダードであるCMIPモデルは、AMOCが非常に安定していることを示している。AMOCは弱まる可能性はあるものの、永久に崩壊するのではなく、必ず回復する。例えば、2014年の理想的な実験では、CO2濃度が1990年の水準から突然2倍になり、その後は変化しないというものであり、循環は約25％減少するが崩壊しない。ただし、今後1,000年間で回復するのはわずか6％である。[129] 2020年の研究では、2100年までに温暖化が1.5℃（2.7℉）、2℃（3.6℉）、または3℃（5.4℉）で安定すると推定されている。3つのケースすべてにおいて、AMOCは気温上昇が止まった後さらに5～10年間低下するが崩壊に近づくことはなく、約150年後に部分的に回復する。[84]
多くの研究者は、大規模モデル全体に残るバイアスによってのみ崩壊が回避されていると述べている。[77] [74]モデルは時間の経過とともに改善されてきたが、6代目、2020年現在[130]の現行世代のCMIP6には、いくつかの不正確さが残っている。平均すると、これらのモデルは、温室効果による温暖化に反応して、前世代よりもはるかに大きなAMOCの弱体化をシミュレートしている。[ 128] 4つのCMIP6モデルが、CO2レベルが2015年の値の2倍以上となる2100年までに約400 ppmから約850 ppm以上に増加するSSP3-7シナリオの下でAMOCをシミュレートしたところ、[ 131] : 14 2100年までに50%以上減少することがわかった。[132] CMIP6モデルはまだ、深度、面積、またはその両方に誤差なく北大西洋深層水（NADW）をシミュレートすることができず、予測の信頼性が低下している。[133][アップデート]
これらの問題に対処するため、一部の科学者はバイアス補正の実験を行った。別の理想的なCO2倍増実験では、モデルにバイアス補正を適用したところ、AMOCは300年後に崩壊した。[78] 2016年の実験では、当時最先端の8つのCMIP5気候モデルの予測と、改良されたグリーンランド氷床融解推定を組み合わせた。その結果、2090～2100年までに、AMOCは中程度の代表的濃度経路4.5では約18%（3%～34%）弱まり、温室効果ガスの排出量が継続的に増加する非常に高い代表的濃度経路8.5では37%（15%～65%）弱まることがわかった。 2つのシナリオを2100年以降まで延長すると、AMOCはRCP 4.5では安定しましたが、RCP 8.5では減少を続け、2290～2300年までに平均74%減少し、完全崩壊の可能性は44%となりました。[83]
2020年に、別の研究チームが、高度な海洋物理学モジュールと統合されたコミュニティ地球システムモデルで、2005年から2250年までのRCP 4.5とRCP 8.5をシミュレートしました。このモジュールにより、AMOCは標準の実行と比較して4〜10倍の淡水にさらされました。RCP 4.5については、2016年の研究と非常によく似た結果をシミュレートしましたが、RCP 8.5未満では、循環は2100年を過ぎるとすぐに3分の2に減少しますが、そのレベルを超えて崩壊することはありません。[134]
2023年、複数の中複雑度モデルの出力の統計分析により、AMOCの崩壊は2057年頃に起こる可能性が最も高く、2025年から2095年の間に崩壊する確率は95%であると示唆された。 [87]中複雑度モデルは一般に信頼性が低いと考えられており、循環の大幅な減速と完全な崩壊を混同する可能性があるため、この研究は多くの注目と批判を受けた。この研究は北部亜極環流域の代理温度データに依存していたが、他の科学者はこれを循環全体を代表するものとは考えておらず、別の転換点の影響を受ける可能性があると考えている。一部の科学者はこの研究を「心配」と表現し、より優れた観測データが利用可能になれば「貴重な貢献」を提供できると指摘したが、論文の代理記録は「不十分」であるという点で専門家の間では広く合意されていた。[88]一部の専門家は、この研究は5隻の船舶による調査から得られた古い観測データを使用しており、2004年以降の直接観測では大きな弱体化が見られなかったため「引用されている参考文献も含めて」長い間信用されていないと述べた。[88]
2024年11月、ネイチャージオサイエンス誌は、循環の減速を示す観測と安定した循環を示す気候モデルとの間の相違の問題を解決しようとする研究を発表しました。科学者たちはいくつかの新しい方法とモデルを使用しました。すると、観測とモデルは互いにはるかによく一致するようになりました。この研究では、1950年以来、10年ごとに0.46スベルドラップの減速が見つかりました。将来、気温が2°C上昇すると、気候変動のない状態と比較してAMOCが33％弱まり、今後10年間で到達する可能性があります。その結果、気候と生態系に大きな変化が起こります。また、AMOCの弱体化により、ケルビン波とロスビー波の伝播を通じて南大西洋の温度と塩分が上昇することもわかりました。[91]
主要なレビュー研究
大規模なレビュー論文や報告書は、モデルの出力、直接観測、歴史的再構築を評価して、モデルだけでは示せない専門家の判断を下すことができます。2001年頃、IPCC第3次評価報告書は、AMOCの熱塩循環が停止するのではなく弱まり、温暖化の影響がヨーロッパでも冷却効果を上回ると高い確信を持って予測しました。 [136] IPCC第5次評価報告書が2014年に発表されたとき、AMOCの急速な変化は「非常にありそうにない」と考えられ、この評価は高い確信を持って提示されました。[137]
2021年、IPCC第6次評価報告書は再び、AMOCが21世紀中に減少する可能性が「非常に高い」と述べ、温暖化が逆転すれば、AMOCの変化は数世紀以内に元に戻るだろうという「高い確信」があるとした。 [10] : 19 第5次評価報告書とは異なり、AMOCが21世紀末までに崩壊を回避することについては「高い確信」ではなく「中程度の確信」しか持たなかった。この確信の低下は、一般循環モデル内の循環安定性バイアスに注目するいくつかのレビュー研究、[138] [139]およびAMOCが大規模モデルが示唆するよりも急激な変化に対して脆弱である可能性があることを示唆する簡略化された海洋モデリング研究の影響を受けた可能性が高い。[85]
IPCC第6次評価報告書の総合報告書は、科学的コンセンサスを次のようにまとめている。「大西洋南北循環は、検討されたすべてのシナリオにおいて21世紀中に弱まる可能性が非常に高い（高い信頼性）が、2100年より前に突然の崩壊は予想されていない（中程度の信頼性）。このような低確率のイベントが発生した場合、熱帯雨林の南方移動など、地域の気象パターンと水循環の急激な変化を引き起こし、生態系と人間の活動に大きな影響を及ぼす可能性が非常に高い。」[140]
2022年に行われたすべての潜在的な気候の転換点に関する広範な評価では、AMOCの崩壊を含む16の可能性のある気候の転換点が特定された。崩壊は4℃（7.2℉）の地球温暖化によって引き起こされる可能性が最も高いが、1.4℃（2.5℉）から8℃（14℉）の温暖化レベルで引き起こされる可能性があることを示唆するだけの不確実性があるとされている。この評価では、AMOCの崩壊が引き起こされると、15年から300年後、最も可能性が高いのは50年後になると推定されている。[14] [100]この評価ではまた、北部亜極環流の崩壊を1.1℃（2.0℉）から3.8℃（6.8℉）で転換する可能性がある別の転換点として扱っているが、これは気候モデルのほんの一部でしかシミュレートされていない。北極亜極環流の崩壊の最も可能性の高い転換点は1.8℃（3.2℉）であり、一旦引き起こされると、環流の崩壊は5年から50年の間に起こり、最も可能性が高いのは10年後である。この対流が失われると、地球の気温は0.5℃（0.90℉）低下し、ヨーロッパの平均気温は約3℃（5.4℉）低下すると推定される。また、地域の降水量にも大きな影響が出るだろう。[14] [100]
2024年10月、44人の気候科学者が北欧理事会に公開書簡を発表し、過去数年間の科学的研究によれば、AMOC崩壊のリスクは大幅に過小評価されており、今後数十年で発生する可能性があり、いくつかの変化がすでに起こっていると主張した。[87]特に北欧諸国だけでなく、世界の他の地域にも壊滅的で取り返しのつかない影響を与えるだろう。書簡では、今回のような転換点は1.5～2度の温暖化ですでに通過する可能性があると述べている。彼らは北欧諸国に対し、それを防ぐためにパリ協定の実施を確実にするよう求めた。[89] [90]他の意見は反対している。[88]
「氷圏の現状」報告書は、南極海氷圏にかなりのスペースを割き、氷の融解と水温上昇により南極海氷圏が崩壊に向かっている可能性があると述べている。その影響には、北ヨーロッパの気温が10年あたり3°C以上低下することが含まれるが、「現実的な適応手段はない」。同時に、南極周極海流（ACC）も減速し、ウェッデル海底水は体積を失っており、世界の海洋循環と気候に影響を与える可能性がある。[141] 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の要因により、両極の重要な海流が減速し、北ヨーロッパの寒冷化と米国東海岸の海面上昇の拡大という悲惨な結果を招く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に言及している」と述べている。[142]
AMOC減速の影響
2024年時点では[アップデート]、AMOC循環の一貫した減速が起こっているかどうかについてのコンセンサスはないが、気候変動が継続した場合にそれが起こることは間違いない。[26] IPCCによると、将来のAMOC減少の影響として最も起こりそうなのは、中緯度での降水量の減少、熱帯およびヨーロッパでの強い降水パターンの変化、北大西洋の進路に沿った嵐の激化である。[26] 2020年の研究では、AMOCの弱体化により北極の海氷の減少が遅くなることが明らかになった。[144]そして、熱帯収束帯の南方移動など、ヤンガードリアス期に発生した可能性が高い大気の傾向に似た傾向が生じる。 [63]高排出シナリオ下での降水量の変化ははるかに大きくなるだろう。[144]
AMOCの減少は、米国東海岸沿いの海面上昇の加速を伴う。[26]少なくとも1つのそのようなイベントは、AMOCの一時的な減速に関連付けられている。[145]この影響は、沿岸水域の温暖化と熱膨張の増加によって引き起こされ、ヨーロッパへの熱伝達が減少する。これが、米国東海岸沿いの海面上昇が世界平均の3〜4倍と推定される理由の1つである。[146] [147] [148]
一部の科学者は、AMOCの部分的な減速により、ヨーロッパの気温が1℃（1.8℉）程度限定的に低下すると考えている。[149] [150] [143]他の地域は異なる影響を受けるだろう。2022年の研究によると、20世紀のシベリアの冬の極端な気象は、AMOCが弱体化していたときの方が穏やかだった。[32]ある評価によると、AMOCの減速は、気候変動の経済的影響の一般的な指標である炭素の社会的コストを、増加させるのではなく、むしろ−1.4％削減する可能性が高い数少ない気候の転換点の1つである。これは、減速によって悪影響を受ける地域よりもヨーロッパが世界のGDPの大きな部分を占めているためである。 [151]この研究の方法は、一般的に気候への影響を過小評価していると言われている。[152] [153]いくつかの研究によると、AMOCの減速の主な影響は海洋の熱吸収の減少であり、地球温暖化の増加につながるとされていますが、[154]これは少数派の意見です。[14] [155]
2021年の研究によると、グリーンランド氷床、西南極氷床、アマゾン熱帯雨林など、他のよく知られた転換点はすべてAMOCに関連しているという。この研究によると、AMOCの変化だけでは他の場所での転換を引き起こす可能性は低いが、AMOCの減速はこれらの要素間のつながりを提供し、これらの要素を個別に研究して確立された閾値ではなく、AMOC自体を含むこれらの4つの要素のいずれかが転換すると予想される地球温暖化の閾値を下げるだろう。このつながりは、数世紀にわたって連鎖的な転換を引き起こす可能性がある。[156]
AMOC の閉鎖の影響
冷却
AMOCの完全な崩壊は大部分が不可逆的であり[26]、回復にはおそらく数千年かかるだろう。[157] AMOCの停止はヨーロッパ、特にイギリス、アイルランド、フランス、北欧諸国で大幅な寒冷化を引き起こすと予想されている。[ 158] [13] [159] [160] 2002年、研究ではAMOCの停止をダンスガード・オシュガー現象（最終氷期 に発生した急激な温度変化）と比較した。その論文によると、ヨーロッパでは最大8℃（14℉）の局所的な寒冷化が発生するだろう。[161] 2022年には、転換点に関する主要なレビューで、AMOCの崩壊により世界の気温が約0.5℃（0.90℉）低下し、ヨーロッパの地域的な気温は4℃（7.2℉）から10℃（18℉）低下すると結論付けられた。[14] [100]
2020年の研究では、AMOCの崩壊がイギリスの農業と食料生産に与える影響を評価した。[162]イギリスでは、崩壊による冷却効果から温暖化の影響を差し引いた平均気温が3.4℃（6.1℉）低下することが判明した。AMOCの崩壊により、生育期の降雨量も約123mm（4.8インチ）減少し、耕作に適した土地の面積が32％から7％に減少する。イギリスの農業の純価値は年間約3億4600万ポンド減少し、2020年の価値の10％以上となる。[15]
2024年には、AMOCの崩壊が産業革命前の世界に与える影響をモデル化したある研究で、ヨーロッパでより深刻な寒冷化が起こると予測された。この研究では、北西ヨーロッパの平均海面温度が10℃（18℉）低下し、北ヨーロッパと西ヨーロッパでは1世紀以内に2月の陸上平均気温が10℃（18℉）から30℃（54℉）に低下すると予測された。この変化により、冬季には海氷がイギリス諸島とデンマークの領海に達し、南極の海氷は減少するだろう。[37] [38] [163]これらの調査結果には気候変動による温暖化の抑制は含まれておらず、論文で使用されたモデリング手法は議論を呼んでいる。[39]
2015年にジェームズ・ハンセンが率いた研究では、AMOCの停止または大幅な減速により、中緯度対流圏全体で傾圧性が高まり、北東風が最大10～20%加速されるため、悪天候が激化することが判明した。これにより、ハリケーン並みの強風と激しい降雪を伴う冬季および冬季に近い低気圧性の「スーパーストーム」が増加する可能性がある。[17]この論文も議論を呼んでいる。[164]
他の
エルニーニョ（左）とラニーニャ（右）の気温と降水量の変化。上の2つの地図は北半球の冬、下の2つは夏のものです。[165]エルニーニョ・南方振動は太平洋のプロセスによって発生しますが、太平洋と大西洋がつながっているため、AMOCの変化がエルニーニョ・南方振動に影響を与える可能性があります。
AMOCの崩壊がエルニーニョ・南方振動（ENSO）に与える影響については、いくつかの研究で調査が行われており、全体的な影響はない[166]ものから、ENSOの強度が増すもの[67]、エルニーニョ現象が約95%減少するがオーストラリア東部で異常な降雨量が増え、米国南西部で干ばつや山火事の季節が激化するラニーニャ現象が優勢になるもの[167] [168] [169]まで、さまざまな結果が出ています。
2021年の研究では、AMOCの崩壊がアマゾンの熱帯雨林に与える影響と、いくつかの気候変動シナリオにおけるその枯死とサバンナ状態への移行を評価するために、簡略化されたモデリング手法が使用されました。この研究では、AMOCの崩壊により熱帯収束帯の移動によりアマゾン南部の降雨量が増加し、これが枯死に対抗し、熱帯雨林の南部を安定させる可能性があることがわかりました。[170] 2024年の研究では、アマゾンの季節サイクルが逆転し、乾季が雨季になり、その逆も起こる可能性があることがわかりました。[37] [38] [39]
2005年の論文によると、AMOCの深刻な崩壊により、成層化が進み、海洋層間の栄養交換が大幅に減少するため、北大西洋のプランクトン数は通常のバイオマスの半分以下にまで減少するだろうとされています。 [12] 2015年の研究では、AMOCの減速と崩壊のシナリオ下での地球規模の海洋の変化をシミュレートし、これらのイベントにより北大西洋の溶存酸素含有量が大幅に減少する一方で、他の海洋でのより大きな増加により、溶存酸素は世界的にわずかに増加することがわかりました。[171]
参照
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