Loading article…
湧昇は、風によって深層水から海面に向かって密度が高く、冷たく、通常は栄養分が豊富な水が移動する海洋現象です。これは、より暖かく、通常は栄養分が枯渇した表層水と入れ替わります。栄養分が豊富な湧昇水は、植物プランクトンなどの一次生産者の成長と繁殖を促進します。これらの領域における植物プランクトンのバイオマスと冷水の存在により、湧昇域は低い海面水温（SST）と高濃度のクロロフィルaによって識別できます。[ 2 ] [ 3 ]
湧昇域における栄養塩の増加は、一次生産量の増加、ひいては漁業生産量の増加につながります。世界の海洋漁獲量の約25%は、海洋全体のわずか5%を占める5つの湧昇域から得られています。[ 4 ]沿岸流や外洋の分岐によって引き起こされる湧昇域は、栄養塩に富んだ水と世界の漁獲量に最も大きな影響を与えます。[ 4 ] [ 5 ]
湧昇を引き起こす主な要因は、風、コリオリ効果、エクマン輸送の3 つです。湧昇の種類によって作用の仕方は異なりますが、一般的な効果は同じです。[ 6 ] 湧昇の全体的なプロセスでは、風が海面を特定の方向に吹き、風と水の相互作用を引き起こします。風の結果として、コリオリ力とエクマン輸送により、水は風の方向から 90 度の方向に正味で輸送されます。エクマン輸送により、水の表面層は風の方向から約 45 度の角度で移動し、その層とその下の層との間の摩擦により、連続する層が同じ方向に移動します。これにより、水柱を下方に移動する水の螺旋が形成されます。次に、水がどちらの方向に移動するかを決定するのはコリオリ力です。北半球では、水は風の方向の右側に輸送されます。南半球では、水は風の左側に輸送されます。[ 7 ] この水の正味の移動が発散的である場合、失われた水を補うために深層水の湧昇が発生します。[ 2 ] [ 6 ]
海洋における主要な湧昇は、より深く、より冷たく、栄養豊富な水を表層に運ぶ海流の分岐と関連している。湧昇には少なくとも5つの種類がある。沿岸湧昇、海洋内部における大規模な風による湧昇、渦に関連した湧昇、地形に関連した湧昇、そして海洋内部における広範囲拡散型湧昇である。
沿岸湧昇は最もよく知られている湧昇の種類であり、世界で最も生産性の高い漁業のいくつかを支えているため、人間の活動と最も密接に関係しています。沿岸湧昇は、風向が海岸線と平行で風によって駆動される海流が発生する場合に起こります。風によって駆動される海流は、コリオリ効果により、北半球では風の右側に、南半球では左側に偏向されます。その結果、表層水は風の方向に対して直角に正味移動し、エクマン輸送として知られています（エクマン螺旋も参照）。エクマン輸送が海岸から離れた場所で発生している場合、遠ざかる表層水は、より深く、より冷たく、より密度の高い水に置き換えられます。[ 5 ]通常、この湧昇プロセスは1日あたり約5～10メートルの速度で発生しますが、風の強さと距離によって、湧昇の速度と海岸からの距離が変化する可能性があります。[ 2 ] [ 8 ]
深層水は硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸などの栄養分に富んでおり、これらは表層水から沈降する有機物（死んだ/デトリタスプランクトン）の分解によって生成されます。これらの栄養分が表層に運ばれると、植物プランクトンが溶存CO₂（二酸化炭素）と太陽からの光エネルギーとともに利用し、光合成によって有機化合物を生成します。そのため、湧昇域では、海洋の他の領域と比較して、一次生産量（植物プランクトンによって固定される炭素量）が非常に高くなります。湧昇域は、世界の海洋生産性の約50%を占めています。[ 9 ]植物プランクトンは海洋食物連鎖の基盤であるため、 高い一次生産量は食物連鎖を上って伝播します。 [ 10 ]
食物連鎖は以下の過程をたどります。
沿岸湧昇は、主要沿岸湧昇システムと呼ばれる地域では年間を通して存在し、他の地域では季節的沿岸湧昇システムと呼ばれる特定の月にのみ存在します。これらの湧昇システムの多くは比較的高い炭素生産性と関連しており、そのため大規模海洋生態系に分類されます。[ 12 ]
世界には、湧昇域に関連する主要な沿岸海流が 5 つあります。カナリア海流(北西アフリカ沖)、ベンゲラ海流(南部アフリカ沖)、カリフォルニア海流(カリフォルニアとオレゴン沖)、フンボルト海流(ペルーとチリ沖)、ソマリア海流(ソマリアとオマーン沖) です。これらの海流はすべて主要な漁業を支えています。沿岸湧昇が主に発生する主要な 4 つの東部境界海流は、カナリア海流、ベンゲラ海流、カリフォルニア海流、フンボルト海流です。[ 13 ] ベンゲラ海流は南大西洋亜熱帯環流の東部境界であり、湧昇が両方の領域で発生する北部と南部のサブシステムに分けることができます。サブシステムは、世界で最も強い湧昇域であるリューデリッツ沖の恒常的な湧昇域によって分けられています。カリフォルニア海流系(CCS) は、北太平洋の東部境界海流であり、南北に分かれていることが特徴です。このシステムの分裂は、南の湧昇が弱く、北の湧昇が強いため、カリフォルニア州ポイント・コンセプションで発生します。カナリア海流は北大西洋環流の東側境界流であり、カナリア諸島の存在によっても分離されています。最後に、フンボルト海流またはペルー海流は、ペルーからチリまで南米沿岸に沿って西に流れ、沖合1,000キロメートルまで広がっています。[ 9 ] これら4つの東側境界流は、海洋の沿岸湧昇域の大部分を構成しています。
赤道付近の湧昇は、実際に移動する熱帯収束帯（ITCZ）と関連しており、そのため、赤道のすぐ北または南に位置することが多い。東風（西向き）の貿易風は北東と南東から吹き、赤道に沿って収束して西に吹き、ITCZを形成する。赤道沿いにはコリオリ力は存在しないが、赤道のすぐ北と南では依然として湧昇が発生する。これにより、密度が高く栄養豊富な水が下から湧昇する発散が生じ、太平洋の赤道域が宇宙から高濃度の植物プランクトンの広い線として検出されるという驚くべき事実が生じる。[ 4 ]
南極海でも大規模な湧昇が見られます。ここでは、南極大陸周辺で強い西風（東向きの風）が吹き、大量の海水が北向きに流れます。これは実際には沿岸湧昇の一種です。南アメリカ大陸と南極半島先端の間の緯度帯には大陸がないため、この海水の一部は深層から湧き上がってきます。多くの数値モデルや観測結果の総合分析では、南極海の湧昇は深層の高密度海水を表面に運ぶ主要な手段とされています。南極大陸の一部の地域では、沿岸付近の風による湧昇が比較的暖かい南極周極深層海水を大陸棚に引き寄せ、棚氷の融解を促進し、氷床の安定性に影響を与える可能性があります。[ 14 ]より浅い風による湧昇は、北米と南米の西海岸、北西アフリカと南西アフリカ、南西オーストラリアと南オーストラリア沖でも見られ、これらはすべて海洋亜熱帯高気圧循環に関連している（上記の沿岸湧昇を参照）。
海洋循環のいくつかのモデルでは、熱帯地域では広範囲にわたる湧昇が発生すると示唆されている。これは、圧力によって駆動される流れが低緯度地域へと水を集中させ、そこで水が上層からの拡散によって温められるためである。しかしながら、必要な拡散係数は実際の海洋で観測される値よりも大きいように思われる。とはいえ、ある程度の拡散性湧昇は実際に発生していると考えられる。
湧昇の強さは、風の強さや季節変動、水の鉛直構造、海底地形の変化、海流の不安定性などによって左右される。
一部の地域では、湧昇は季節的な現象であり、沿岸水域の春のブルームに似た周期的な生産性の急増をもたらします。風による湧昇は、陸地上の暖かく軽い空気と海上の冷たく密度の高い空気との温度差によって発生します。温帯緯度では、温度差は季節によって大きく変動し、春と夏には強い湧昇の期間があり、冬には弱い、または湧昇がない期間があります。たとえば、オレゴン州沖では、6か月の湧昇シーズン中に、4つまたは5つの強い湧昇イベントがあり、その間にほとんどまたはまったく湧昇がない期間があります。対照的に、熱帯緯度では温度差がより一定であるため、年間を通して一定の湧昇が発生します。たとえば、ペルーの湧昇は年間のほとんどを通して発生し、イワシやカタクチイワシの世界最大級の海洋漁業につながっています。[ 5 ]
貿易風が弱まったり逆転したりする異常な年には、湧昇する水ははるかに暖かく栄養分が少なくなり、バイオマスと 植物プランクトンの生産性が急激に低下します。この現象はエルニーニョ・南方振動（ENSO）現象として知られています。ペルーの湧昇システムは特にENSO現象の影響を受けやすく、生産性の極端な年々変動を引き起こす可能性があります。[ 5 ]
海底地形の変化は湧昇の強さに影響を与える可能性がある。例えば、海岸から沖合に伸びる海底隆起帯は、近隣の海域よりも湧昇に適した条件を生み出す。湧昇は通常、このような隆起帯で始まり、他の場所で発生した後も隆起帯で最も強い状態が続く。[ 5 ]
最も生産性が高く肥沃な海洋域である湧昇域は、海洋生産性の重要な源です。これらの湧昇域には、栄養段階全体にわたって数百種の生物が集まります。これらのシステムの多様性は、海洋研究の焦点となってきました。湧昇域に典型的な栄養段階とパターンを研究する中で、研究者たちは、湧昇システムがくびれたような多様性パターンを示すことを発見しました。このタイプのパターンでは、高栄養段階と低栄養段階は高い種多様性によって十分に代表されています。しかし、中間栄養段階は1種か2種しか代表されていません。この栄養層は、小型の浮魚類で構成されており、通常、存在するすべての魚種の種多様性のわずか3～4パーセントを占めるにすぎません。低栄養層は非常に充実しており、平均して約500種のカイアシ類、2500種の腹足類、2500種の甲殻類が生息しています。栄養段階の頂点および頂点に近いレベルには、通常、約 100 種の海洋哺乳類と約 50 種の海鳥が生息しています。しかし、重要な中間栄養段階の種は、通常植物プランクトンを餌とする小型の浮魚類です。ほとんどの湧昇系では、これらの種はカタクチイワシまたはイワシのいずれかであり、通常は 1 種のみが存在しますが、2 種または 3 種が時折存在することもあります。これらの魚は、大型の浮魚類、海洋哺乳類、海鳥などの捕食者にとって重要な食料源です。栄養ピラミッドの底辺にはいませんが、海洋生態系全体をつなぎ、湧昇域の生産性を非常に高く維持する重要な種です[ 13 ]
この重要な中間栄養段階と湧昇栄養生態系全体に対する大きな脅威は、商業漁業の問題です。湧昇域は世界で最も生産性が高く、種が豊富な地域であるため、多くの商業漁業者と漁業を引き付けています。一方で、これは湧昇過程のもう一つの利点であり、海洋生物だけでなく、多くの人々や国々にとって食料と収入の有効な源となっています。しかし、あらゆる生態系と同様に、ある個体群の乱獲の結果は、その個体群と生態系全体に悪影響を及ぼす可能性があります。湧昇生態系では、存在するすべての種がその生態系の機能において重要な役割を果たしています。ある種が著しく減少すると、他の栄養段階全体に影響が及びます。例えば、人気のある獲物種が漁業の対象になると、漁師は湧昇水域に網を投げ入れるだけで、その種の数十万個体を捕獲してしまう可能性があります。これらの魚が減少すると、これらの魚を捕食する生物の食料源も減少します。そのため、標的となった魚の捕食者は死に始め、上位の捕食者を養う捕食者の数も少なくなります。このシステムは食物連鎖全体に及び、生態系の崩壊につながる可能性があります。生態系は時間の経過とともに回復する可能性がありますが、すべての種がこのような出来事から回復できるわけではありません。種が適応できたとしても、この湧昇群集の再構築には遅れが生じる可能性があります。[ 13 ]
このような生態系の崩壊の可能性は、湧昇域における漁業のまさに危険性である。漁業はさまざまな種を対象とするため、生態系内の多くの種に直接的な脅威を与えるが、中層浮魚類に対しては最も大きな脅威となる。これらの魚は湧昇生態系の栄養過程全体の要となるため、生態系全体に広く分布している（たとえ1種しか存在しない場合でも）。残念ながら、これらの魚は漁業の最も人気のある対象となり、漁獲量の約64%が浮魚類で占められている。その中でも、通常中層栄養段階を形成する6種の主要種が漁獲量の半分以上を占めている。[ 13 ]
それらの不在によって生態系が直接崩壊するだけでなく、さまざまな方法で生態系に問題を引き起こす可能性もあります。栄養段階の高い動物は完全に餓死して死滅するわけではありませんが、食料供給の減少は個体数に悪影響を与える可能性があります。動物が十分な食料を得られないと、繁殖能力が低下し、通常よりも頻繁に、または成功裏に繁殖できなくなります。これは、特に通常の状況下で頻繁に繁殖しない種や、生殖成熟が遅い種では、個体数の減少につながる可能性があります。もう1つの問題は、漁業による種の個体数の減少が遺伝的多様性の低下につながり、結果として種の生物多様性の低下につながる可能性があることです。種の多様性が著しく減少すると、非常に変動が激しく変化の速い環境において、種に問題が生じる可能性があります。適応できない可能性があり、個体数または生態系の崩壊につながる可能性があります。[ 13 ]
湧昇域の生産性と生態系に対するもう一つの脅威は、エルニーニョ・南方振動（ENSO）システム、より具体的にはエルニーニョ現象です。通常期とラニーニャ現象の間は、東風貿易風が依然として強く、湧昇のプロセスを促進し続けます。しかし、エルニーニョ現象の間は貿易風が弱まり、赤道の南北の水の分離がそれほど強くなく、またそれほど顕著ではないため、赤道域での湧昇が減少します。沿岸湧昇域も風によって駆動されるシステムであるため、風がこれらの地域ではもはやそれほど強い駆動力ではないため、減少します。その結果、世界の湧昇は大幅に減少し、水が栄養豊富な水を受け取らなくなるため、生産性が低下します。これらの栄養がなければ、栄養ピラミッドの残りの部分は維持できず、豊かな湧昇生態系は崩壊します。[ 18 ]
沿岸湧昇は、影響を受ける地域の局地的な気候に大きな影響を与えます。この影響は、海流がすでに冷たい場合に増幅されます。冷たく栄養豊富な水が上昇し、海面温度が下がると、そのすぐ上の空気も冷えて凝結しやすくなり、海霧や層雲が形成されます。これにより、高高度の雲、にわか雨、雷雨の形成も抑制され、海上に雨が降るため陸地は乾燥します。[ 19 ] [ 20 ]年間を通して湧昇が続くシステム（南アフリカや南アメリカの西海岸など）では、一般的に気温が低く、降水量も少なくなります。季節的な湧昇システムは、季節的な沈降システム（アメリカ合衆国[ 21 ]やイベリア半島の西海岸など）と組み合わされることが多く、平均よりも涼しく乾燥した夏と、平均よりも温暖で湿潤な冬をもたらします。恒常的な湧昇域は一般的に半乾燥気候または砂漠気候である一方、季節的な湧昇域は地中海性気候または半乾燥気候であり、場合によっては海洋性気候である。強い湧昇流の影響を受ける世界の都市には、サンフランシスコ、アントファガスタ、シネス、エッサウィラ、ウォルビスベイ、キュラソーなどがある。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)