フロートのpHに系統的な偏りがあると導出されるpCO2が過大評価され、南極海の炭素取り込みが過小評価される

わずかな海洋測定が重要な理由

南極を取り巻く広大な環状海域である南極海は、地球の余剰熱と二酸化炭素のかなりの割合を静かに吸収しています。遠隔で荒れやすいため、研究者は船舶よりもロボット式のプロファイリングフロートに頼って、この海域が実際にどれだけのCO2を吸収しているかを追跡することが増えています。本研究は、これらフロートが酸性度（pH）を計測する際の微妙だが系統的な誤差が、水中に溶けているCO2を過大に評価させ、その結果として南極海が大気から実際に取り込んでいる炭素の量を過小評価させていることを示します。

手の届きにくい海を監視するロボット

生物地球化学アーボフロートは、表層から約2,000メートルまで数日に一度潜降・浮上しながら温度、塩分、酸素、栄養塩、pHなどを測定する自由漂流機器です。南極海では、これらフロートの大規模な配列が、かつて船舶が提供できたよりはるかに頻繁な観測をもたらしています。pHとアルカリニティと呼ばれる別の化学的性質の推定値から、研究者は海水中の二酸化炭素の部分圧（pCO2）を計算し、それを用いて海と大気の間のCO2交換量を推定します。驚くべきことに、フロートに基づく計算は、船や航空機の観測が示す『正味の炭素吸収源である』という結論と矛盾して、南極海が全体としてCO2を放出していると示してきました。

古く深い海水でロボットと船を比較する

フロートと従来の観測どちらに問題があるかを突き止めるため、著者らはフロートのプロファイルを高品質の船舶データ（Global Ocean Data Analysis Project）と比較しました。重要なのは、まず工業化以前から大気と隔離されたままの非常に古い海水塊に着目した点で、これらの水塊には人為起源の炭素がほとんど含まれていません。こうした「古い」海水では、フロートと船の測定の違いは実際の環境変化よりも機器のバイアスを反映するはずです。比較の結果、温度、塩分、酸素、硝酸塩、アルカリニティについてはフロートと船の値はよく一致しましたが、炭素系では一致しませんでした：フロートのpHは平均で船のpHより約0.021単位低く、フロート由来のpCO2は約20マイクロ大気圧高いことが分かりました。

表層だけでなく深さ全体にわたる偏り

データを深さ帯に分けて解析すると、これらの不一致は水柱の大部分、特に200〜1,500メートルの間で見られ、最も深い層では小さくなっていることがわかりました。フロートのpCO2値はpHとアルカリニティから計算され、アルカリニティはフロートと船で良く一致しているため、最も可能性の高い原因はpHセンサー測定値とそれに対する補正に系統的なオフセットがあることです。現在の処理は約1,500メートルで求められた単一の補正値がすべての深さに同じように適用されると仮定しています。しかし不一致の深さ依存パターンは、この一点補正が常に妥当とは限らないことを示唆します：補正は1,500メートルより深いところでは比較的うまく機能するように見える一方、水柱上部ではかなりの残差誤差が残ります。

表層の誤差が炭素フラックス推定を歪める仕組み

大気–海洋間のCO2交換は表層のpCO2に直接依存するため、著者らは海面直下でのバイアスを定量化しました。CO2と酸素の平衡値からの偏差を組み合わせて解析した結果、フロート由来の表層pCO2は約14マイクロ大気圧高めに偏っていると推定されました。船や他の直接観測に基づく全球の表層CO2プロダクトとの独立比較でも、約17マイクロ大気圧と非常に近い値が得られました。これらの証拠を合わせると、南極海フロート数百プロファイルにわたる平均表層バイアスは15±3マイクロ大気圧と見積もられ、これまで想定されていたよりもかなり大きいことが示されます。統計検定は、このオフセットがランダムな測定誤差や季節変動、長期的な酸性化トレンドでは説明できないことを示しています。

南極海の見え方に与える影響

もしフロートの表層pCO2値が系統的に高すぎるとすれば、これまでの研究は南極海を実際よりも炭素吸収源として小さく見積もらせてきたことになります。pCO2バイアスと炭素フラックスの公表された関係を使うと、この誤差を補正すればフロートに基づく推定はCO2の正味放出から正味吸収へと反転し、船や航空機の評価にかなり近づくと著者らは試算しています。言い換えれば、フロート解析が示唆してきたように南極海が我々を裏切っているのではなく、むしろ一部のフロート解析よりもずっと多くの人為起源CO2を吸収している可能性があります。研究は、フロートpHデータに対するより洗練された、深さを考慮した較正（高品質な船舶観測によるアンカーを含む）が、自律観測システムを十分に活用しつつ地球規模の炭素収支を確かなものにするために不可欠だと結論付けています。

引用: Zhang, C., Wu, Y., Brown, P.J. et al. A systematic bias in float pH leads to overestimation of derived pCO₂ and underestimation of carbon uptake by the Southern Ocean. Sci Rep 16, 13929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43863-4

キーワード: 南極海の炭素吸収源, 海洋pHの偏り, 生物地球化学アーボフロート, 大気–海洋CO2フラックス, 海洋炭素循環