塩指（ソルトフィンガー）は東南太平洋の酸素最小域への密度横方向輸送に大きく寄与する

海の隠れた酸素砂漠が重要な理由

海の陽光が届く表層のずっと下には、酸素が極端に少なく多くの生物が生存に苦しむ「酸素最小域」が広がっています。これらの隠れた砂漠は気候の温暖化に伴って拡大しており、漁業、生物多様性、海洋化学に影響を及ぼします。本研究は、見落とされがちな過程である塩指（ソルトフィンガー）に注目し、ペルー・チリ沖という世界最大級の低酸素域の一つへ静かに酸素を供給する仕組みを明らかにします。これにより、こうした脆弱な環境が将来どのように変化するかについての理解が深まります。

深く広がる低酸素水塊

東南太平洋は世界でも最も広い酸素最小域の一つを抱えています。生産的な沿岸湧昇に支えられ表層は生物が豊富ですが、有機物が沈降して分解されると深層で酸素が消費されます。およそ100〜450メートルの深さでは酸素濃度が急落して低酸素、時にほぼ機能的なゼロ値になり、厚い窒息するような層を形成します。このゾーンは上下に比較的換気された水塊に挟まれているため、その酸素量は上部の急峻な境界と下部のより緩やかな境界を通じて酸素がどれだけ効率的に移動するかに依存します。

異なる水塊の積み重なりが舞台を整える

中央チリ沖では、三つの水塊が積み重なって温度と塩分の強いコントラストを作り出します。表層近くには比較的淡く良く酸素化された水があります。その下には赤道起源の亜表層水があり、異常に塩分が高く酸素が非常に少ないため酸素最小域のコアを形成します。さらに深層には、より冷たく淡い南極中層水が流れ、はるかに多くの酸素を含みます。これらの層が接する場所では熱と塩の性質の違いから水柱が微妙に不安定になり、二重拡散と呼ばれる特殊な混合を起こしやすくなります。

塩指：小さな構造が大きな影響を与える

二重拡散は熱と塩が分子拡散速度で異なることから生じます。暖かく塩分の高い水が冷たく淡い水の上にあると、熱は塩よりも速く下方へ逃げます。その結果、塩分の高い細長い下向きの流れ、いわゆる「塩指」が形成され、その間を冷たく淡い水が上昇します。研究者らは2020〜2022年の3航海で感度の高い微構造プロファイラ、標準的な温度・塩分・酸素観測、流速計を用いて酸素最小域南縁付近の水柱の乱流と微細構造を測定しました。その結果、低酸素コアの直下では多くの場合に塩指活動が好条件で起きており、その結果生じる混合は通常の剪断駆動乱流より1〜2桁強くなり得ることが分かりました。

上からの供給と下からの供給の比較

酸素最小域の上部境界付近では、強い鉛直酸素勾配によりその界面は上方からの換気の自然な出入り口になります。しかし、そこは高度に鉛直分層しており乱流混合が抑えられ、拡散率は低く保たれます。対照的に、塩指が発生する下部境界は酸素勾配がより滑らかですが、実効的な拡散率はずっと高いです。研究チームは乱流測定と酸素プロファイルを組み合わせることで、下方からの上昇酸素フラックスがしばしば上方からの下降フラックスに匹敵し、時にはそれを上回ることを見出しました。ある期間では、下部境界を越える塩指駆動の混合が全鉛直混合の3分の2以上を占めており、この微妙な過程が低酸素層内部に存在する酸素の維持に大きな役割を果たしていることを意味します。

変わりゆく海に対する意味

これらの発見は、酸素最小域が主に上から換気されるという単純な見方を覆します。代わりに、深部で持続的に起こる塩指混合が安定した下からの酸素供給をもたらし、それが上からの供給と同等またはそれ以上になり得ることを示しています。塩指を駆動する温度・塩分構造は東南太平洋の広い領域で安定しているように見えるため、このメカニズムは広範囲かつ長期にわたって作用すると考えられ、他の湧昇系にも類似の条件が存在します。温暖化と脱酸素化が進む海でこれらの低酸素域がどのように拡大・縮小するかを正確に予測するには、塩指や他の微細スケール混合過程を気候・海洋モデルに組み込む必要があり、表層近くで馴染みのある乱流のみを考慮するだけでは不十分です。

引用: Pinto-Juica, M., Pizarro, O., Rodríguez-Santana, Á. et al. Salt fingers contribute substantially to diapycnal oxygen transport into the oxygen minimum zone of the eastern South Pacific. Commun Earth Environ 7, 175 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03194-8

キーワード: 酸素最小域, 塩指（ソルトフィンガー）, 海洋混合, 東南太平洋, 海洋の脱酸素化