北極の積雪に対する海氷の再結晶化の寄与

北極の雪に潜む物語

北極の海氷を覆う雪は一見ただの白い層に見えますが、本研究はそれが空から降る雪だけでなく下からも静かに成長していることを明らかにします。単なる凍った降水ではなく、一部は海氷が蒸発して蒸気となり上方で再凍結した再生された氷でできています。海氷と雪の間にあるこの見えない物質交換を理解することは、日射の反射量、海洋と大気間の気体移動、そして急速に温暖化する北極における将来の気候予測に影響するため重要です。

氷から上へ育つ雪

海氷上の雪は、上方の極寒の大気と下方の比較的温かい海水という二つの異なる環境の間にあります。この温度差が雪の内部に強い鉛直温度勾配を生み出し、その結果として氷から上方へ水蒸気が移動します。この蒸気が雪の小さな空隙を通って移動し再凍結すると、深層ホーア（depth hoar）と呼ばれるより大きく繊細な結晶構造へと雪粒子を再形成します。ツンドラ土壌での先行研究は地表氷が上の雪にわずかな質量を供給する可能性を示唆していましたが、漂流する北極海の海氷上でこの過程を定量化した研究はこれまでありませんでした。

重水の軌跡を追う

研究者たちは、2019年末から2020年春にかけて北極の流氷と共に漂流した1年にわたるMOSAiC遠征に参加しました。中央の氷厚板上に印のついた100以上の地点で、何度も雪のピットを掘り、表面から雪–氷接触点までの雪深、密度、温度を測定しました。重要なのは、500以上の雪試料と多数の海氷コアを採取し、水分子の自然な「指紋」である軽水素・重水素や酸素の軽・重同位体を解析したことです。海氷と降雪は異なる同位体指紋を持つため、氷から雪への水蒸気の供給があればこれらの比率に明瞭な痕跡が残ります。

下から供給される雪の証拠

測定結果は、雪内部の温度差がしばしば極めて強く、ほとんどのピットで急速な結晶成長や蒸気移動が期待される閾値を超えていることを示しました。ほぼすべての鉛直プロファイルで、氷直上の下部数センチの雪は表面層よりも重い酸素同位体を多く含み、下層の海氷に近い組成を示しました。同時に、下部雪層は密度が小さくなり構造的に変化しており、上向きの蒸気流と再結晶化と整合します。デューテリウム過剰（deuterium-excess）という追加の同位体指標は、海塩の飛沫や洪水による塩汚染のような他の説明を除外する助けとなり、信号が氷から上昇する蒸気に由来するという主張を強めました。

どれくらいの雪が海氷由来なのか？

雪のどれだけが海氷から生じたかを見積もるため、研究チームは二つの補完的な手法を組み合わせました。まず、実験室での制御実験の結果を用い、氷板の上の雪に既知の温度勾配を与えて氷の喪失量を追跡しました。その関係をMOSAiC期間中に観測された実際の温度・蒸気条件に当てはめてスケーリングすることで、どれだけの氷が昇華して雪へ再沈着したかを算出しました。この方法は冬季を通じて下方から約4センチメートル分の雪深に相当する寄与を示しました。次に、同位体データに単純な混合モデルを適用し、大気降雪と海氷を二つのエンドメンバーとみなしました。この解析はさらに大きな寄与を示唆し、平均して雪質量の約3分の1、すなわちおよそ6センチメートルの雪が再結晶した海氷に由来すると推定されました。

温暖化する北極にとっての意義

それぞれの推定には不確実性がありますが、総じて海氷は単に雪の載り場ではなく、能動的に雪を供給する存在であることを示しています。北極がさらに温暖化し、雪深や風、温度勾配が変化するにつれて、この下方からの隠れた成長は雪の厚さや密度、海洋からの熱の放出のされやすさ、不純物や化学物質の蓄積・放出の仕方に影響を及ぼします。一般向けに言えば、北極の雪被は部分的に再生された海氷で構築されているという点を認識することが、気候モデルや衛星観測の解釈、そして氷に覆われた海洋が変化する気候にどう応答するかを理解するうえで役立ちます。

引用: Macfarlane, A.R., Mellat, M., Dadic, R. et al. The contribution of sea-ice recrystallization to the Arctic snowpack. Nat Commun 17, 2429 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68762-0

キーワード: 北極の雪, 海氷, 水蒸気, 安定同位体, 気候変動