東カナダ北極域における太平洋由来水を追跡するための着色溶存有機物蛍光の利用

なぜ北極の海の色が重要なのか

沿岸から離れ、海氷の下に隠れている北極海は、地球の気候を調節する淡水と塩水のバランスを静かに変えています。本研究は、海水中の溶存有機物が放つ微かな自然の発光が見えない染料のように働き、比較的淡い太平洋由来の大量の水がカナダ北極諸島を通りバフィン湾、最終的には北大西洋へと流れていく経路を明らかにできることを示します。こうした経路を理解することは、海洋生態系、海氷、そして熱を再分配する海流の強さにまで影響を及ぼすため重要です。

北極を貫く淡水高速道路

アラスカとカナダの北に位置するカナダ盆地には層状の海が存在します。表層には冷たく淡い水、中層には太平洋由来の水、深層にはより塩分の高い大西洋水があり、太平洋水は狭いベーリング海峡を通って北極へ入り、ふたつの主要ルートに分かれます。一つは中央北極を横切ってフラム海峡へ向かう横断ルート、もう一つはビュー フォート海の斜面に沿うアラスカルートです。この太平洋水の一部はカナダ北極諸島の方へ曲がり、ナンセン・ユーレカ水道、ネアーズ海峡、ジョーンズやランカスター水道などの迷路のような海峡を通って北極を出た後、バフィン湾へと注ぎます。途中で河川流入、溶ける海氷、そして西グリーンランド海流によって運ばれる大西洋影響の水と混ざり合います。

自然の発光をトレーサーとして使う

この移動する淡水を追跡するため、研究者たちは着色溶存有機物の蛍光（FCDOM）という特性に着目しました。この物質は主に北極陸棚や河川由来の分解された有機化合物からなり、光を吸収して微かな発光を再放出するため、光学センサーで測定できます。カナダ盆地の太平洋冬季水は、浅いチュクチ海と北ベーリング海の陸棚にある有機物に接したときに形成される明確な中層FCDOMピークを運ぶことが知られています。2024年夏に2隻のカナダの研究砕氷船で採取した温度・塩分・FCDOMの測定値と、浮遊する氷に取り付けられたプロファイラーの過去データを比較することで、チームはこのFCDOMピークを“指紋”として用い、中央北極から東カナダ北極域へと流れる太平洋由来水を追跡しました。

北側のルートで何が起きるか

研究者たちは二つの主要な北極の入口を調べました。北西ルート、つまりナンセン・ユーレカ水道を経てジョーンズ海峡へ向かう経路では、太平洋の指紋は当初強く表れます：深さ約50〜180メートルに冷たく比較的淡い層があり、明瞭なFCDOMの最大値が認められます。しかし、流れが浅い瀬や起伏のある海底を越えると、強い潮汐混合が水柱をかき混ぜます。この鉛直混合はFCDOMピークを弱めて広げ、とくにカルディガン海峡やフラム海峡のような狭い通路の下流で顕著です。ジョーンズ海峡やその近くの北バフィン湾では、渦や西グリーンランド海流に影響された水の到来が元の太平洋シグナルをさらにかき消し、温度や塩分だけでは太平洋水の同定が難しくなります。

東側ルートとバフィン湾での混合

ロベソン水路からケイン盆地、スミス海峡を経る北東ルートでは、太平洋のシグナルはより長く明瞭に保たれます。ここでは流れる水が南下する間に中層のFCDOM最大値が保存され、徐々に淡水化しFCDOMが増すことで西グリーンランド海流によって運ばれる水との接触が増していることが示されます。水が北バフィン湾に到達する時点では、上層は依然として太平洋流出に結びつく高いFCDOM値を保持していますが、深層では長期間バフィン湾内を循環して大西洋由来の流入と混ざった水に典型的な、深さに伴うFCDOMの漸増が見られます。ランカスター水道を横断する測定は、こうした混合水が部分的に再循環して太平洋と大西洋の影響を伴いながら再びバフィン湾へ戻る様子を示しています。

将来に向けての意義

全体としてこの研究は、溶存有機物の自然な蛍光が、太平洋水が北極の複雑な水路を通ってどのように移動し、どこで大西洋やグリーンランド影響の水と混ざるかを追跡する強力な手段であることを実証しています。温度や塩分といった従来の指標が混濁してしまう場合でも、FCDOMの指紋は粗い海底での強い混合や西グリーンランド海流との相互作用によって消されるまでしばしば観察可能です。係留機器、フロート、船舶に光学センサーがますます普及すれば、この手法により温暖化する北極における淡水経路の変化を監視し、海氷や海洋生物、そして地球の気候を調節する大規模な海洋循環への影響をよりよく理解できるようになるでしょう。

引用: Dmitrenko, I.A., Stedmon, C.A., Babb, D.G. et al. Using colored dissolved organic matter fluorescence to trace Pacific-derived water in the Eastern Canadian Arctic. Sci Rep 16, 7757 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38848-2

キーワード: 北極海循環, 太平洋淡水, 溶存有機物, バフィン湾, カナダ北極諸島