南極周極海流

南極周極海流（ACC）は、南極大陸の周りを西から東へ時計回り（南極から見て）に流れる海流である。ACCの別名は西風漂流である。ACCは南極海の支配的な循環特性であり、平均輸送量は100～150スベルドラップ（Sv、百万m ³ /s）^[1]またはそれ以上と推定されており^{[2] 、最大の海流となっている。この海流が周極なのは、}南極大陸とつな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かっており、南極大陸が巨大な氷床を維持できるようにしている。

周極海流に関連しているのが南極収束流で、冷たい南極海水が亜南極の暖かい海水と出会い、栄養分が湧昇するゾーンを形成します。これにより、カイアシ類やオキアミを伴う植物プランクトンが大量に生育し、その結果、魚類、クジラ、アザラシ、ペンギン、アホウドリ、その他多くの種を支える食物連鎖が形成されます。

ACC は、何世紀にもわたって船乗りたちに知られてきた。西から東への航行は大幅にスピードアップするが、東から西への航行は極めて困難になる。ただし、これは主に偏西風による。ジャック・ロンドンの物語「メイク・ウェスティング」とバウンティ号の反乱に先立つ状況は、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ホーン岬を西回りしようとする船乗りたちに ACC が引き起こした困難を痛烈に描いている。 ^[3]世界最速の航路である東回りのクリッパー航路は、ケープ・アガラス(アフリカ)、サウス・イースト・ケープ(オーストラリア)、ケープ・ホーン(南アメリカ)の 3 つの大陸の岬を回る ACC に沿っている。

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ます。

ACC は、大西洋、太平洋、インド洋を結び、これらの海域の主要な交換経路となっている。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る。南米を起点として辿ると、南米と南極半島の間のドレーク海峡を流れ、東のスコシア弧によって分岐し、浅く暖かい支流がフォークランド海流となって北に流れ、より深い支流が弧をさらに東に通過してから北に曲がる。インド洋を通過する際、海流はまずアガラス海流を逆行してアガラス回流となり、その後ケルゲレン海台で分岐し、再び北に向かう。南東太平洋の中央海嶺を通過する際にも偏向が見られる。

海流には、亜南極前線（SAF）、極前線（PF）、南極前線（SACC）の3つの前線が伴います。 ^{[4]さらに、南極海の水は、}亜熱帯前線（STF）によって、より暖かく塩分濃度の高い亜熱帯水から隔てられています。^[5]

ACC の北の境界は SAF の北端によって定義され、これがドレーク海峡を通過する最も北の水であり、したがって周極となる。ACC 輸送の多くはこの前線で行われ、前線は、温度が支配的な密度成層によって可能となる、表層下の塩分最低値または成層していない亜南極モード水の厚い層が最初に現れる緯度として定義される。さらに南には PF があり、これは表面で非常に冷たく、比較的淡水の南極表層水への移行によって特徴付けられる。ここでは、温度が低いため、塩分が支配的な密度成層によって温度最低値が許容される。さらに南には SACC があり、これは周極深層水(水深 400 メートルで約 2 °C) の南端として決定される。この水塊は西南極半島の棚氷に沿って流れ、したがってドレーク海峡を通過する最も南の水であり、したがって周極となる。輸送の大部分は中央の2つの前線で行われます。

ドレーク海峡における ACC の総輸送量は約 135 Sv と推定されており、これは世界中の河川の総輸送量の約 135 倍に相当します。インド洋では比較的小さな流量が追加され、タスマニア島南部での輸送量は約 147 Sv に達します。この時点では、流れはおそらく地球上で最大です。

周極海流は南極海の緯度における強い偏西風によって駆動されます。

大陸がある緯度では、軽い表層水に吹く風は、これらの大陸に対して軽い水を簡単に積み重ねることができます。しかし、南極海では、表層水に与えられた運動量をこのように相殺することはできません。周極海流が風によって与えられた運動量をどのようにバランスさせ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た東向きの運動量が増加すると、コリオリの力の結果として、水塊は地球の自転軸から外側（つまり、北向き）に漂います。この北向きのエクマン輸送は、主要な海嶺システムの深部より下の南向きの圧力駆動の​​流れによってバランスが取られます。いくつかの理論は、これらの流れを直接結び付け、南極海内で濃い深層水の大幅な湧昇、これらの水の軽い表層水への変化、および北と反対方向の水の変化があることを示唆しています。そのような理論は、周極海流の大きさを地球規模の熱塩循環、特に北大西洋の特性と結び付けています。

あるいは、海洋の渦、つまり大気の嵐に相当する海洋現象や、環極海流の大規模な蛇行によって、水柱内の運動量を直接下方に運ぶこともあります。これは、このような流れによって、密度の変化を必要とせずに、谷間では南向きの正味の流れを、尾根上では北向きの正味の流れを生成できるためです。実際には、熱塩メカニズムと渦/蛇行メカニズムの両方が重要になると考えられます。

この海流はニュージーランド南方のマコーリー海嶺上を時速約4km（2.5マイル）で流れている。 ^[6] ACCは時間とともに変化する。その証拠として、南半球の大部分の気候に影響を与える周期的な振動である南極周極波がある。 ^[7]また、南極振動もあり、これは南極の風の位置と強さの変化を伴う。南極振動の傾向は、過去20年間の周極海流の輸送量の増加を説明すると仮説が立てられている。

南極周極海流の発生時期に関する公表された推定値は様々であるが、一般的には始新世と漸新世の境界で始まったと考えられている。南極の孤立と南極周極海流の形成は、タスマニア海峡とドレーク海峡の開通によって起こった。タスマニア海路は東南極とオーストラリアを隔てており、3350万年前に開通したと報告されている。^[8]南アメリカと南極半島の間のドレーク海峡の開通時期については議論があるが、地質学的および堆積物の証拠から、3400万年前以前には開通していた可能性があることが示されており、^[9]ドレーク海峡の開通時期は2000万年から4000万年前と推定されている。^[10]多くの研究者は、海流による南極の孤立が始新世の南極の氷河期と地球寒冷化の原因であると考えている。海洋モデルは、これら2つの海峡の開通により極地の熱収束が制限され、海面温度が数度低下したことを示している。また、他のモデルでは、CO2レベルも南極の氷河形成に重要な役割を果たしたことが示されている_。 [ ^{10] [11]}

南極の海氷は季節的に循環しており、2月から3月は海氷の量が最も少なく、8月から9月は海氷の面積が最も広くなります。^[12]氷のレベルは1973年以来、衛星によって監視されています。海氷の下の深層水の湧昇により、大量の栄養塩がもたらされます。氷が溶けると、融解水が安定し、臨界深度が混合深度よりもかなり低くなるため、正味の一次生産がプラスになります。^[13]海氷が後退すると、エポンティック藻がブルームの最初の段階を支配し、南の氷が溶けると、珪藻が支配的な強力なブルームが発生します。^[13]

もう一つの植物プランクトンの大発生は、南極収束線付近のさらに北で発生し、ここでは熱塩循環による栄養分が存在する。植物プランクトンの大発生は珪藻類が優勢で、外洋ではカイアシ類、大陸に近いところではオキアミがそれを餌とする。珪藻類の生産は夏季を通じて継続し、オキアミの個体数は維持され、多数のクジラ目、頭足動物、アザラシ、鳥類、魚類がこの地域に集まる。^[13]

植物プランクトンの大発生は、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。^[14]この地域の生物の多くは、海流の主要な前線、亜熱帯前線、亜南極前線、南極極前線に沿って発生しており、これらは明確な温度変化に関連する領域です。^[15]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つかり、ナノ植物プランクトン（< 20 μm）は前線の間に見つかります。^[16]

南極海の植物プランクトン資源の研究では、南極周極海流は珪藻類が優勢であるのに対し、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ことが示されています。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グループに変化が見られ、極前線の南側では珪藻類が優勢で、極前線の北側では渦鞭毛藻類と鞭毛藻類の個体数が多いことが示されています。^[16]

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もある。氷が溶けて残っ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中に大気から炭素を取り込む。植物プランクトンの大量発生が終わって沈むと、炭素は堆積物の中に何千年も貯蔵される。この天然の炭素吸収源は毎年350万トンの炭素を海洋から除去していると推定されている。海洋と大気から取り込まれる350万トンの炭素は1,280万トンの二酸化炭素に相当する。^[17]

2008 年 5 月、19 人の科学者による探検隊^{[18] が、}マコーリー海嶺の8 つの海山の地質と生物学、および南極周極海流を調査し、南極海の気候変動の影響を調査しました。周極海流は、大西洋、インド洋、太平洋の海水を合流させ、世界中の河川を流れる水量の 150 倍もの水を運びます。この研究では、この海流によって養われた冷水サンゴにダメージを与えると、長期的な影響が出ることがわかりました。^[6]周極海流を研究した結果、地域および地球の気候、および水中の生物多様性に強い影響を及ぼしていることが明らかになりました。^[19]この対象は最近、「地球温暖循環のスペクトル ピーク ≈ 10^4 キロメートル」と特徴付けられています。^[20]

この海流は、木を食い荒らす「シップワーム」がアーネスト・シャクルトンの船、エンデュアランス号のような船に到達するのを防ぎ、木造の難破船の保存に役立っている。^[21]

「氷圏の現状」報告書では、南極周極流が弱まっていることがわかった。2050年までに、南極周極流は20%の強さを失い、「海洋循環と気候に広範囲にわたる影響」を及ぼすと予想されている。ウェッデル海底水は過去32年間で30%の体積を失い、南極底水は縮小すると予想されている。これは海洋循環、栄養分、熱量、炭素隔離に影響を及ぼすだろう。^[22] 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。^[23]