中期中新世気候最適期の顕著な高温における海洋–海氷相互作用の重要な役割

地球が驚くほど暖かかった時代

約1700万年前、地球は中期中新世気候最適期と呼ばれる自然の熱波に入りました。全球の気温は現在より大幅に高く、特に極域が強く温暖化しました。しかし、最良の気候モデルでさえ、特に極域がどれほど暖かくなったかを再現するのに苦労してきました。本研究は単純だが重要な問いを投げかけます。古代の高温の鍵は大気中の温室効果ガスだけでなく、高緯度で起きていた海洋や海氷の変化にもあったのではないか、という問いです。

モデルに挑戦する過去の気候

地質学的証拠は、中期中新世気候最適期において全球の表層気温が前工業時代よりおおむね8–10°C高く、極域の海洋は今日より10°C以上高かったことを示唆しています。大気中の二酸化炭素濃度は産業革命前の2～3倍だったと考えられ、これは高温を説明する一助となりますが、赤道と極の温度差が驚くほど小さかった理由までは説明しません。多くの先行モデル研究は地球全体を暖めることはできましたが、高緯度の暖まりを十分に再現できませんでした。この不一致は、過去や将来の温暖な気候に対する理解に疑問を投げかけました。

二つの仮想地球を比較検証

著者らは二つの高度な地球システムモデル—NorESM1-FとIPSL-CM5A2—を用い、同じ中期中新世の地理、植生、氷床、そして二つの妥当な二酸化炭素濃度を与えました。その設定により、同じ古代世界を各モデルがどう扱うかを公正に比較できました。両方の仮想地球は平均で約4–8°C程度大幅に温暖化し、多くの復元結果と整合しました。しかし北極では大きく分かれました。NorESMは極端な極域の温暖化を示し、北極の表面気温は前工業時代より20°C以上高く、北極海はほぼ無氷になりました。これに対してIPSLは極域の暖化がより穏やかで、冬季には広い領域が季節海氷に覆われたままでした。化石や堆積物中の化学的温度指標とモデル結果を比較すると、NorESMは高緯度海域の異常な暖かさをIPSLよりよく再現しましたが、陸域の一部では過度に高温になる傾向も見られました。

海流と海氷が均衡を傾ける仕組み

なぜモデルがこれほど異なった振る舞いを示したのかを理解するために、研究者たちはエネルギー収支と循環パターンを詳細に解析しました。両方の世界で、追加の温室効果ガスはより多くの熱を閉じ込め、融解した氷によって反射率が低下して惑星がより多くの日射を吸収できるようになりました。雲も高緯度でいくらかの追加の温暖化をもたらしました。しかし決定的な違いは海洋と海氷にありました。NorESMでは大西洋の強い撹拌循環が暖かく塩分の高い水を大量に北極へ送り込み、それが下方へ混合される一方で南方からの深水形成は弱まりました。この活発な循環と大西洋と北極の間の広い開放海路が組み合わさり、極域の海を熱と塩分であふれさせました。塩分が高い水は凍りにくく、強い混合が表層へ絶えず温かさを供給するため、海氷は再形成されませんでした。年間を通じて海氷がほとんど失われると、暗い海面はさらに多くの日射を吸収し、極域の温度を一層高めました。これに対してIPSLは撹拌循環が弱く、北への熱輸送が減少し、冬季の持続的な海氷が北極をより冷涼に保ちました。

大気の役割を検証する

研究チームは、大気の違いだけで対照的な結果が説明できるかも試しました。両モデルとも赤道から極への大気循環が弱まる傾向を示し、これは将来の温暖化シナリオでも予想されるパターンと類似しています。研究者らがIPSL実験の海面水温と海氷パターンを用いて大気オンリー版のNorESMを駆動したところ、得られた温暖化パターンはNorESMよりむしろIPSLに近いものになりました。この実験は、大規模には両モデルの大気が類似して振る舞うことを示しました。決定的な影響を与えたのは、それぞれのモデルの海洋・海氷系の応答、特に海洋がどれだけ北へ熱を運ぶか、北極がどれほど容易に氷を失うかでした。

古代の海から未来への教訓

要するに、本研究は中期中新世気候最適期が根本的に異なる種類の極域気候だった可能性を示しています。強い海流、塩分の高い表層水、著しく減少した海氷が温室効果ガスと相まって高緯度の暖まりを増幅したということです。強力な大西洋循環とほぼ無氷の北極を伴うNorESMの描像は、より冷涼で氷に富む北極像よりも利用可能な証拠とよりよく整合しますが、海氷喪失を極端に推し進めている可能性もあります。本研究は、過去や将来の温暖な気候を正しく再現するには二酸化炭素濃度を正しく設定するだけでなく、海洋と海氷の相互作用、そしてそれらが地理や外部強制にどれほど敏感かを正確に捉える必要があることを強調します。多くのモデル間比較と、古代の海氷や深海循環に関するより多くの地質学的手がかりが、今後数世紀にわたって温暖化する海が極域気候をどのように変えるかを突き止めるために不可欠です。

引用: Tan, N., Fluteau, F., Zhang, Z. et al. A critical role of ocean–sea ice interactions in the pronounced warmth during the Miocene Climatic Optimum. Commun Earth Environ 7, 326 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03324-2

キーワード: 中期中新世気候最適期, 海洋循環, 海氷, 極域増幅, 大西洋の撹拌循環