海洋の深層循環と大循環

極域のいくつかの地域では、表層水が十分に冷やされ塩分濃度が高くなることで、数キロメートルの深さまで沈み込みます。これにより、深海を換気し、数世紀にわたる気候を形成する、ゆっくりとした地球規模の大循環が開始されます。

Definition

大循環とは、極域で表層水が沈み込み、深海を伝播し、ゆっくりと表層に戻ることで、地球規模の海洋を換気し接続する、密度駆動型（熱塩循環）の深層流を指します。

Scope

このトピックでは、極海における深層水および底層水の形成、子午面循環の構造と輸送、水塊の分布と追跡、大循環を完結させる混合の役割、および複数の安定した循環状態の可能性について扱います。

Core questions

• 深層水および底層水はどこでどのように形成され、その特性は何によって決まるのでしょうか？
• 子午面循環の構造と強度はどのようなものですか？
• 水塊はどのように広がり、混合して大循環ループを完結させるのでしょうか？
• 大循環は複数の安定した状態を持ち、急激に変化する可能性があるのでしょうか？

Key theories

熱塩大循環と水塊形成

高緯度における冷却と塩分濃度の増加により、表層水は沈み込むのに十分な密度となり、密度面に沿って広がり、深層循環を規定する深層水塊を形成します。

大循環の多重平衡

ストメルは、温度と塩分が密度に与える競合する影響により、大循環が複数の安定した状態を持つ可能性を示し、気候史における急激な遷移の可能性を提起しました。

Mechanisms

北大西洋および南極周辺では、氷の形成中の激しい冷却とブライン排出により表層水の密度が増加し、水が沈み込んで深層水および底層水を形成します。この水は深海を伝播し、混合と風による湧昇によって徐々に上昇し、およそ1000年をかけて地球規模の大循環を完結させます。

Clinical relevance

大循環は、地域の気候を温暖化させる熱を輸送し、深海に酸素を供給し、炭素を隔離します。温暖化と塩分濃度の低下が大循環を弱める可能性が懸念されており、大西洋大循環は気候監視と急激な変化の研究の焦点となっています。

History

20世紀初頭の海洋学者による水塊分析は深層循環をマッピングしました。ストメル（Stommel）の1961年のモデルは、その複数の平衡状態を明らかにし、ブロッカー（Broecker）のコンベアベルト説は、深層循環と氷床および堆積物記録に残された急激な気候変動とを結びつけ、大循環の継続的な観測を促しました。

Key figures

• Henry Stommel
• Wallace Broecker
• Carl Wunsch

Seminal works

• talley2011
• stommel1961

Frequently asked questions

深層水はどれくらいの期間、水面下に留まりますか？

深海に沈み込んだ水は、混合と湧昇によって表層に戻るまでに数世紀から約1000年間そこに留まることがあり、深層循環は非常にゆっくりと進行します。

大西洋大循環は崩壊する可能性がありますか？

モデルや過去の記録は、表層水が沈み込むには暖かすぎたり塩分濃度が低すぎたりすると、大循環が弱まったり状態が変化したりする可能性を示唆しています。これがいつ、どのくらいの速さで起こるかについては、活発な研究分野となっています。