アリゾナ大学の研究者らが主導する最新の研究により、古気候学の専門家を長年悩ませてきた2つの謎が解決された可能性がある。その謎とは、「10万年以上前の最終氷期を特徴づけた氷床はどこから来たのか」「そして、なぜそれほど急速に成長できたのか」というものである。
氷期・間氷期サイクルをめぐる長年の謎
北半球における氷床の前進と後退を繰り返す「氷期・間氷期サイクル」を何が駆動しているのかを解明するのは容易ではない。研究者たちは、数千年にわたり大規模な氷床が拡大・縮小するメカニズムの解明に多大な努力を払ってきた。学術誌『Nature Geoscience』に発表された今回の研究は、直近の氷期に北半球の大部分を覆った氷床が急速に拡大した理由を説明しており、その結論は地球史上の他の氷期にも当てはまる可能性があるという。
マンモスが闊歩した時代、北半球は深い凍てつきの中へ
約10万年前、マンモスが地球上を歩いていた頃、北半球の気候は深刻な寒冷化に陥り、巨大な氷床の形成が可能となった。およそ1万年の期間をかけて、局地的な山岳氷河が成長し、現在のカナダ、シベリア、北ヨーロッパの大部分を覆う巨大な氷床へと発展していったのである。
軌道の「揺らぎ」だけでは説明できない矛盾
地球が太陽の周りを回る軌道の周期的な「揺らぎ」が北半球の夏の冷涼化を引き起こし、広範な氷河作用の開始につながったことは広く受け入れられている。しかし科学者たちは、気候がはるかに穏やかなはずのスカンジナビアや北ヨーロッパの大部分を覆った広大な氷床については、うまく説明できずにいた。
氷が容易に形成される寒冷なカナダ北極諸島とは異なり、スカンジナビアは北西ヨーロッパ沿岸に暖かい海水をもたらす北大西洋海流の影響で、本来ほとんど氷に覆われないはずだった。両地域は似た緯度に位置しているにもかかわらず、スカンジナビアの夏の気温は氷点を大きく上回る一方、カナダ北極圏の広い範囲では夏でも気温が氷点下にとどまるという。研究主任著者のマーカス・ロフヴェルストローム氏によれば、このギャップこそが、気候モデルによる北ヨーロッパを横断する氷河の進出の説明を困難にしていたのだという。
「問題は、（スカンジナビアの）あの氷床がどこから来たのか、そして何がそれをそんな短期間で拡大させたのか、私たちには分かっていないことでした」と、アリゾナ大学地球科学科の准教授で地球システムダイナミクス研究所所長を務めるロフヴェルストローム氏は述べた。
超高度な地球システムモデルで過去を再現
答えを求めて、ロフヴェルストローム氏は「コミュニティ・アース・システム・モデル（CESM）」として知られる極めて複雑な地球システムモデルの開発に貢献した。これにより研究チームは、直近の氷期の始まりに存在した環境条件を現実的に再現することに成功した。特に、氷床モデルの適用範囲をグリーンランドから北半球の大部分へと拡張し、高い空間分解能を実現した点が画期的である。この更新されたモデル構成を用いて、研究者たちはカナダ北極諸島の「海洋ゲート（海路）」が北大西洋の気候を制御する重要な要因であり、最終的にスカンジナビアで氷床が成長できるかどうかを左右することを突き止めた。
シミュレーションが示した2つのシナリオ
最初のシミュレーションでは、カナダ北極諸島の海洋ゲートが開いたままの場合、地球の軌道配置は北半球を十分に冷却し、カナダ北部やシベリアでは氷床が形成できるものの、スカンジナビアでは形成できないことが明らかになった。
続く2つ目の実験では、これまで検討されてこなかったシナリオ、すなわち海氷がカナダ北極諸島の水路をふさぐ状況をシミュレートした。その結果、通常ならカナダ北極諸島を通過する北極海と北太平洋からの比較的冷たい海水が、深層水がしばしば形成されるグリーンランド東方海域へと迂回させられた。この流れの変化により、北大西洋深層循環の冷却と弱体化、海氷の拡大、そしてスカンジナビア沖の冷涼化が引き起こされたのである。
「気候モデルシミュレーションと海洋堆積物分析の両方を用いて、カナダ北部での結氷が海洋ゲートをふさぎ、北極海から北大西洋への海水輸送を迂回させることを示しました。それが海洋循環の弱体化とスカンジナビア沖の寒冷化をもたらし、その地域で氷が成長し始めるのに十分な条件が整ったのです」とロフヴェルストローム氏は説明する。
海洋堆積物の記録が裏付ける成果
「これらの知見は、ヨーロッパ側より数千年前にカナダ北部に氷河が存在していた証拠を示す北大西洋の海洋堆積物記録によって支持されています。堆積物記録はまた、スカンジナビアで氷河が形成される前に深層海洋循環が弱まっていた説得力のある証拠も示しており、これは私たちのモデル結果と見事に一致しています」と、アリゾナ大学地球科学科の助教授ダイアン・トンプソン氏は述べる。
これらの実験結果を総合すると、カナダ北部での海氷形成は、スカンジナビアの氷河化に不可欠な前兆であった可能性があると著者らは結論づけている。
未来予測を超えた気候モデルの新たな活用
将来の気候予測という従来の用途を超えて気候モデルを活用することは、氷床と気候の間の複雑で時に直感に反する相互作用など、地球システムにおける未知の相互作用を特定する機会をもたらすとロフヴェルストローム氏は指摘する。
「ここで特定したメカニズムは、直近の氷期だけでなく、すべての氷期に当てはまる可能性があります。さらに、最終氷期の終わりの全体的な温暖化の中で発生したヤンガードライアス寒冷期（約1万2900年前～1万1700年前）のような、短期的な寒冷化現象の解明にも役立つかもしれません」