南極アムンゼン海への鉄供給は環状深層水と大陸氷床下の供給源が支配する

なぜ南極の氷の融解が海の生物に重要なのか

白い砂漠のように無生物ではなく、南極周辺の海域は地球の気候や海洋の食物網にとって重要なエンジンになっています。微小な漂遊植物である植物プランクトンは大気中の二酸化炭素を取り込み、オキアミからクジラに至るさまざまな生物を支えますが、それには重要な微量栄養素、鉄が十分に供給される必要があります。本研究は一見単純だが重大な問いを投げかけます：温暖化で西南極の氷が速く融けるとき、周辺の海洋生物を支える鉄はどこから来るのか？

氷の下に隠れた高速道路

研究はアムンゼン海のドットソン氷棚に焦点を当てます。ここは西南極でも融解が速い領域の一つです。修飾環状深層水（mCDW）と呼ばれる暖かく塩分の高い水塊が海底に沿って大陸棚へ入り込み、浮いた氷の下の空洞に流れ込みます。そこで氷を下面から溶かし、淡水を取り込み、浮力による「融解水ポンプ」として外洋へ戻っていきます。研究チームは船上観測でこの深層流入がどこで空洞に入るか、淡水を多く含む軽い流出がどこで出るかを精密にマッピングし、入ってくる水と出ていく水の化学組成を比較しました。

化学的指紋で鉄を追う

鉄の経路を明らかにするため、研究者らは生物が利用できる溶存鉄（イオンやナノ粒子）と、浮遊粒子に含まれる鉄の両方を測定しました。さらに溶存鉄の同位体「指紋」も解析し、軽い鉄原子と重い鉄原子の比率の微妙な変化から鉄がどのように生成されたかを推定しました。流入層と流出層の測定値を平均化することで、空洞内部でどれだけの鉄が供給されたか、どの過程が主な要因かを見極められました。

深海と氷床下の隠れた供給源が支配的

結果は一般的な想定を覆します。2022年にドットソン氷棚空洞から出る溶存鉄のおよそ1割しか、氷の融解そのものに由来するものではありませんでした。溶存鉄の大半、約3分の2は既に流入してきた深層水に含まれており、さらにほぼ3分の1はその水が大陸棚を横断する際に海底堆積物から供給されていました。それでも流出水の溶存鉄の化学的指紋は流入水と異なり、同位体的に「軽い」傾向を示していました。これは、酸素が乏しい環境で微生物が鉄鉱物を還元して放出した鉄に特有のサインです。

この指紋は、融解水由来の鉄の驚くべき主要供給源を示しています。氷棚自身の融解ではなく、上流の着床した氷の下を流れる液体水です。この埋没した氷床下の配管系では、酸素が少ない状態で水が長期間滞留するため、微生物群が大量の還元鉄を生成し、軽い同位体指紋を持つ鉄を生み出します。氷床下流出は総水量のごく小さな部分にすぎなくても、その鉄含有量が非常に高いため、空洞内での氷の融解からの寄与を圧倒します。

ゆっくり放出される鉄供給としての粒子

融解水由来の溶存鉄は比較的控えめでしたが、粒子状鉄については話が大きく異なります。流出する水は流入よりほぼ50％多くの粒子状鉄を含み、その中には化学的に反応性が高く徐々に溶解しうる「脆弱（可溶性に近い）」な部分も相当量含まれていました。これらの粒子は、着床域付近でかき上げられた堆積物、氷棚底で放出された鉱物、空洞内で酸化後に再沈澱した鉄など、いくつかの過程に由来します。これらの粒子は沈降が遅いため、空洞から外洋へ運ばれて広がり、数週間から数か月にわたり植物プランクトンへの緩やかな肥料供給源として機能する可能性があります。

温暖化する世界への含意

専門外の人にとっての要点は、氷棚の融解が単に海へ鉄を「注ぎ込む」わけではないということです。むしろ、主な役割はポンプのように振る舞い、淡水の浮力を利用して鉄に富む深層水や氷床下の貯留層からの鉄を表層へ持ち上げることです。気候変動が南極海をさらに温めて氷の喪失を加速すると、このポンプは強まる可能性が高く、近傍海域への生物利用可能な鉄の供給が増えるでしょう。したがって、南極海の将来の生産性や炭素吸収を予測するには、単に融解速度だけでなく、流入する深層水の性質、海底での堆積物と水の相互作用、そして南極氷床下の未踏の水路の特性をとらえるモデルが必要になります。

引用: Chinni, V., Steffen, J.M., Stammerjohn, S.E. et al. Iron supply to the Amundsen Sea, Antarctica is dominated by circumpolar deepwater and continental subglacial sources. Commun Earth Environ 7, 162 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03264-x

キーワード: 南極海の鉄, 南極の氷棚, 氷床下融解水, アムンゼン海, 植物プランクトンの生産性