湧昇

南半球の海岸に平行に風が吹く場合（たとえば、風が北に吹くペルーの海岸に沿って）、エクマン輸送は地表水の正味の動きを左に90°生成する可能性があります。これにより、沿岸湧昇が発生する可能性があります。^[1]

湧昇は、深層水から海面に向かって、密度が高く、冷たく、通常は栄養分が豊富な水の風による動きを伴う海洋学的現象で​​あり 、暖かく、通常は栄養分が枯渇した地表水に取って代わります。栄養豊富な湧昇水は、植物プランクトンなどの一次生産者の成長と繁殖を刺激します。植物プランクトンのバイオマスとこれらの地域の冷水の存在により、湧昇帯は冷たい海面水温（SST）と高濃度のクロロフィル-aによって識別できます。^[2][3]

湧昇域での栄養素の利用可能性の増加は、高レベルの一次生産、ひいては漁業生産をもたらします。世界の海水魚の総漁獲量の約25％は、総海域のわずか5％を占める5つの湧昇流から来ています。^[4]沿岸の海流または分岐する外洋によって引き起こされる湧昇は、栄養分が豊富な水と世界の漁獲量に最大の影響を及ぼします。^{[4] [5]}

メカニズム

湧昇を引き起こすために一緒に働く3つの主要な推進力は、風、コリオリ効果、およびエクマン輸送です。湧昇の種類によって動作は異なりますが、一般的な効果は同じです。^[6] 湧昇の全体的な過程で、風が特定の方向に海面を横切って吹き、それが風と水の相互作用を引き起こします。風の結果、コリオリの力とエクマン輸送により、水は風向から90度のネットを輸送しました。エクマン輸送により、水の表層は風向から約45度の角度で移動し、その層とその下の層との間の摩擦により、連続する層が同じ方向に移動します。これにより、水のらせんが水柱を下って移動します。次に、水がどちらの方向に移動するかを決定するのはコリオリの力です。北半球では、水は風向の右側に運ばれます。南半球では、水は風の左側に運ばれます。^[7] この水の正味の動きが発散している場合、失われた水を置き換えるために深層水の湧昇が発生します。^{[2] [6]}

タイプ

海の主要な湧昇は、より深く、より冷たく、栄養豊富な水を表面にもたらす流れの発散に関連しています。湧昇には少なくとも5つのタイプがあります。沿岸湧昇、海洋内部の大規模な風による湧昇、乱気流に関連する湧昇、地形に関連する湧昇、および海洋内部の広範囲拡散湧昇です。

沿岸

沿岸湧昇は最もよく知られているタイプの湧昇であり、世界で最も生産性の高い漁業のいくつかをサポートしているため、人間の活動に最も密接に関連しています。風向が海岸線に平行で、風によって引き起こされる流れを生成する場合、沿岸湧昇が発生します。コリオリ効果により、風による流れは北半球では風の右側に、南半球では左側に向けられます。その結果、エクマン輸送として知られる、風向に対して直角の地表水の正味の動きが生じます（エクマン螺旋も参照）。エクマン輸送が海岸から離れて行われているとき、離れて移動する地表水は、より深く、より冷たく、より密度の高い水に置き換えられます。^[5] 通常、この湧昇過程は1日あたり約5〜10メートルの速度で発生しますが、湧昇の速度と海岸への近接性は、風の強さと距離によって変化する可能性があります。 ^{[2] [8]}

深層水は、硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸などの栄養素が豊富で、それ自体が地表水から沈む有機物（死んだ/有害なプランクトン）の分解の結果です。これらの栄養素は、表面に運ばれると、植物プランクトンによって、溶存CO ₂（二酸化炭素）と太陽からの光エネルギーとともに利用され、光合成の過程を通じて有機化合物を生成します。したがって、湧昇域は非常に高レベルの一次生産（植物プランクトンによって固定された炭素の量）をもたらします）海の他の領域と比較して。それらは世界の海洋生産性の約50％を占めています。^[9]植物プランクトンは海洋食物連鎖の基盤にあるため 、高い一次生産は食物連鎖を上って伝播します。^[10]

食物連鎖は次のコースに従います。

• 植物プランクトン→動物プランクトン→捕食性動物プランクトン→ろ過摂食動物→捕食性魚^[5] →海鳥、海棲哺乳類^[11]

沿岸湧昇は、主要な沿岸湧昇システムとして知られている一部の地域では一年中存在し、季節的な沿岸湧昇システムとして知られている他の地域では1年の特定の月にのみ存在します。これらの湧昇システムの多くは、比較的高い炭素生産性に関連しているため、大規模海洋生態系として分類されます。^[12]

世界的に、湧昇域に関連する5つの主要な沿岸海流があります。カナリア海流（北西アフリカ沖）、ベンゲラ海流（南アフリカ沖）、カリフォルニア海流（カリフォルニアとオレゴン沖）、フンボルト海流（ペルー海流とチリ沖）です。 、およびソマリア海流（ソマリアとオマーン沖））。これらの流れはすべて、主要な漁業を支えています。沿岸湧昇が主に発生する4つの主要な東岸境界流は、カナリア海流、ベンゲラ海流、カリフォルニア海流、およびフンボルト海流です。^[13] ザベンゲラ海流は東の境界である南大西洋亜熱帯循環との両方の領域で発生する湧昇と北と南のサブシステムに分割することができます。サブシステムは、世界で最も強い湧昇帯であるリューデリッツ沖の恒久的な湧昇域によって分割されています。カリフォルニア現在のシステム（CCS）は北太平洋の東岸境界流であり、南北の分割も特徴です。このシステムの分裂は、南の弱い湧昇と北の強い湧昇のために、カリフォルニアのポイントコンセプションで発生します。カナリア海流はの東の境界現在ある北大西洋GYREもの存在による分離されているカナリア諸島。最後に、フンボルト海流またはペルー海流は、南アメリカの海岸に沿ってペルーからチリまで西に流れ、沖合で最大1,000キロメートル伸びます。^[9] これらの4つの東岸境界流は、海洋の沿岸湧昇帯の大部分を構成しています。

赤道

太平洋の表面クロロフィル濃度に対する赤道湧昇の影響

赤道での湧昇は、実際に移動する熱帯収束帯（ITCZ）に関連しており、その結果、赤道のすぐ北または南に位置することがよくあります。北東（西向き）の貿易風が北東と南東から吹き、赤道に沿って収束して西に吹き、ITCZを​​形成します。赤道に沿ってコリオリの力は存在しませんが、湧昇は赤道のすぐ北と南で発生します。これは発散をもたらし、より密度の高い栄養豊富な水が下から湧昇し、太平洋の赤道域が高濃度の植物プランクトンの広い線として宇宙から検出できるという注目すべき事実をもたらします。^[4]

南極海

南極海の湧昇

南極海にも大規模な湧昇が見られます。ここでは、強い西向き（東向き）の風が南極大陸の周りを吹き、北向きにかなりの水流を推進しています。これは実際には一種の沿岸湧昇です。南アメリカと南極半島の先端の間の開いた緯度の帯には大陸がないので、この水の一部は深いところから汲み上げられます。多くの数値モデルと観測合成では、南極海の湧昇は、深部の高密度水が地表にもたらされる主要な手段を表しています。南極の一部の地域では、海岸近くの風による湧昇が比較的暖かい周極深層水を引き寄せます大陸棚に移動し、棚氷の融解を促進し、氷床の安定性に影響を与えることができます。^[14]浅く、風によって引き起こされる湧昇は、北アメリカと南アメリカの西海岸沖、北西アフリカと南西アフリカ、南西オーストラリアと南オーストラリアでも見られ、すべて海洋亜熱帯高気圧循環に関連しています（上記の沿岸湧昇を参照）。

海洋循環のいくつかのモデルは、圧力駆動の​​流れが上から拡散的に暖められる低緯度に向かって水を収束させるので、熱帯で大規模な湧昇が起こることを示唆しています。ただし、必要な拡散係数は、実際の海洋で観察されるよりも大きいように見えます。それにもかかわらず、いくつかの拡散湧昇がおそらく発生します。

その他の情報源

• 沖合の島、尾根、または海山が深海流の偏向を引き起こし、そうでなければ生産性の低い海域に栄養豊富な地域を提供する場合、局所的かつ断続的な湧昇が発生する可能性があります。例としては、主要な遠海魚が生息するガラパゴス諸島とセイシェル諸島周辺の湧昇があります。^[4]
• 湧昇は、水平方向の風の場に適切なせん断力がある限り、どこでも発生する可能性があります。たとえば、熱帯低気圧が地域を通過するとき、通常は5 mph（8 km / h）未満の速度で移動するとき。サイクロン風はエクマン層の地表水に発散を引き起こし、そのターンは連続性を維持するためにより深い水の湧昇を必要とします。^[15]
• 人工湧昇は、海洋波エネルギーまたは海洋温度差発電を使用して水を地表に汲み上げる装置によって生成されます。洋上風力タービンも湧昇を生成することが知られています。^[16] 海洋波装置は、プランクトンの異常発生を引き起こすことが示されています。^[17]

バリエーション

東からの異常に強い風が暖かい（赤）地表水をアフリカに押し出し、冷たい（青）水がスマトラン海岸に沿って湧き上がることを可能にします

湧昇の強さは、風の強さと季節の変動、水の垂直構造、海底の深浅測量の変動、および流れの不安定性に依存します。

一部の地域では、湧昇は季節的なイベントであり、沿岸水域の春の開花に似た生産性の定期的なバーストにつながります。風によって引き起こされる湧昇は、陸の上の暖かくて軽い空気と海の上のより冷たいより密度の高い空気との間の温度差によって生成されます。で温帯 緯度、温度コントラストが弱いか、または冬にない湧昇に、春と夏に強い湧昇の期間を作成、大幅季節的変数です。たとえば、オレゴン州の沖合では、湧昇の6か月の季節に、湧昇がほとんどまたはまったくない期間で区切られた4つまたは5つの強い湧昇イベントがあります。対照的に、熱帯の 緯度より一定の温度コントラストがあり、年間を通して一定の湧昇を生み出します。たとえば、ペルーの湧昇は一年のほとんどを通して起こり、イワシとカタクチイワシの世界最大の海洋漁業の1つになります。^[5]

貿易風が弱まったり逆転したりする異常な年には、湧昇する水ははるかに暖かく、栄養分が少なくなり、バイオマスと植物プランクトンの生産性が急激に低下し ます。このイベントは、エルニーニョ南方振動（ENSO）イベントとして知られています。ペルーの湧昇システムは、ENSOイベントに対して特に脆弱であり、生産性に極端な年々変動を引き起こす可能性があります。^[5]

深浅測量の変更は、湧昇の強さに影響を与える可能性があります。たとえば、海岸から伸びる海底の尾根は、隣接する地域よりも好ましい湧昇条件を生み出します。湧昇は通常、そのような尾根で始まり、他の場所で発達した後でも尾根で最も強いままです。^[5]

高い生産性

最も生産的で肥沃な海域である湧昇域は、海洋生産性の重要な源です。それらは栄養段階を通して何百もの種を引き付けます。これらのシステムの多様性は、海洋研究の焦点となっています。湧昇域に典型的な栄養レベルとパターンを研究している間、研究者は湧昇システムがハチ腰の豊かさのパターンを示すことを発見しました。このタイプのパターンでは、栄養レベルの高低は、種の多様性が高いことでよく表されます。ただし、中間の栄養段階は1つまたは2つの種によってのみ表されます。この栄養層は、小さな遠海魚で構成されています通常、存在するすべての魚種の種の多様性の約3〜4パーセントしか占めていません。下部栄養層は、平均して約500種のカイアシ類、2500種の腹足類、2500種の甲殻類で非常によく表されています。頂点および頂点に近い栄養段階では、通常、約100種の海洋哺乳類と約50種の海鳥がいます。しかし、重要な中間栄養種は、通常は植物プランクトンを餌とする小さな遠海魚です。。ほとんどの湧昇システムでは、これらの種はカタクチイワシまたはイワシのいずれかであり、通常は1つしか存在しませんが、2つまたは3つの種が存在する場合もあります。これらの魚は、大型遠海魚、海洋哺乳類、海鳥などの捕食者にとって重要な食料源です。それらは栄養ピラミッドの基盤ではありませんが、海洋生態系全体を接続し、湧昇帯の生産性を非常に高く保つ重要な種です^[13]。

湧昇する生態系への脅威

この重要な中間栄養段階と湧昇栄養生態系全体の両方に対する主な脅威は、商業漁業の問題です。。湧昇地域は世界で最も生産性が高く種が豊富な地域であるため、多くの商業漁師や漁業を魅了しています。一方で、これは湧昇プロセスのもう1つの利点であり、海洋動物以外の多くの人々や国にとって、実行可能な食料と収入の源として機能します。ただし、他の生態系と同様に、ある個体群からの乱獲の結果は、その個体群と生態系全体に悪影響を与える可能性があります。湧昇する生態系では、存在するすべての種がその生態系の機能に重要な役割を果たします。 1つの種が大幅に枯渇した場合、それは残りの栄養段階全体に影響を及ぼします。たとえば、人気のある獲物種が漁業の標的になっている場合、漁師は、湧昇水に網を投げるだけで、この種の何十万もの個体を集めることができます。これらの魚が枯渇すると、これらの魚を捕食した人々の食料源が枯渇します。したがって、対象となる魚の捕食者は死に始め、その上の捕食者に餌を与えるほど多くの魚はいないでしょう。このシステムは全体を通して継続します食物連鎖、生態系の崩壊の可能性をもたらします。生態系は時間の経過とともに回復する可能性がありますが、すべての種がこのようなイベントから回復できるわけではありません。種が適応できたとしても、この湧昇コミュニティの再構築には遅れが生じる可能性があります。^[13]

このような生態系の崩壊の可能性は、湧昇地域での漁業の非常に危険です。漁業はさまざまな異なる種を対象とする可能性があるため、生態系内の多くの種にとって直接的な脅威ですが、中間の遠海魚にとって最も脅威となります。これらの魚は湧昇生態系の栄養過程全体の核心を形成するため、生態系全体で非常に代表されています（種が1つしかない場合でも）。残念ながら、これらの魚は、漁獲量全体の約64％が遠海魚で構成されているため、最も人気のある漁業の対象となる傾向があります。それらの中で、通常中間栄養層を形成する6つの主要な種は、漁獲量の半分以上を占めています。^[13]

エルニーニョ期間中、風が間接的に南米の海岸に温水を送り、冷たい湧昇の影響を減らします

それらが存在しないために生態系の崩壊を直接引き起こすことに加えて、これは他のさまざまな方法によっても生態系に問題を引き起こす可能性があります。栄養段階が高い動物は、完全に餓死して死ぬことはないかもしれませんが、食料供給の減少は依然として個体群を傷つける可能性があります。動物が十分な餌をとらないと、繁殖能力が低下します。つまり、通常ほど頻繁に、またはうまく繁殖できなくなります。これは、特に通常の状況下で頻繁に繁殖しない種や、晩年に生殖的に成熟する種では、個体数の減少につながる可能性があります。もう一つの問題は、漁業による種の個体数の減少が遺伝的多様性の減少につながり、その結果、生物多様性が減少する可能性があることです。種の。種の多様性が大幅に減少した場合、これは非常に変化しやすく変化の速い環境で種に問題を引き起こす可能性があります。彼らは適応できないかもしれず、それは人口や生態系の崩壊をもたらす可能性があります。^[13]

湧昇地域の生産性と生態系に対するもう1つの脅威は、エルニーニョ南方振動（ENSO）システム、より具体的にはエルニーニョ現象です。通常の期間とラニーニャ現象の間、東風は依然として強く、湧昇のプロセスを推進し続けています。ただし、エルニーニョイベント中は貿易風が弱くなり、赤道の湧昇が減少します。赤道の北と南の水の発散がそれほど強くないか、普及していない地域。沿岸湧昇帯も風によって駆動されるシステムであるため減少し、これらの地域では風はもはやそれほど強力な推進力ではありません。その結果、地球規模の湧昇が大幅に減少し、水が栄養豊富な水を受け取らなくなるため、生産性が低下します。これらの栄養素がなければ、残りの栄養ピラミッドを維持することはできず、豊かな湧昇生態系は崩壊します。^[18]

気候への影響

沿岸湧昇は、影響を受けた地域の地域の気候に大きな影響を及ぼします。海流がすでに冷えている場合、この効果は拡大されます。栄養分が豊富な冷たい水が上に移動し、海面水温が下がると、そのすぐ上の空気も冷えて凝縮し、海霧と層雲を形成する可能性があります。これはまた、より高い高度の雲、にわか雨、雷雨の形成を抑制し、海上に降雨をもたらし、土地を乾燥させます。^{[19] [20]}一年中湧昇するシステム（アフリカ南部や南アメリカの西海岸の湧昇システムのような）では、気温は一般的に低く、降水量は少ない。季節的な湧昇システムは、多くの場合、季節的な湧昇システムとペアになっていますダウンウェルシステム（米国の西海岸^[21]やイベリア半島のシステムなど）は、平均的な夏よりも涼しく乾燥し、平均的な冬よりも穏やかで湿った状態になります。恒久的な湧昇場所は通常、半乾燥/砂漠気候ですが、季節的な湧昇場所は通常、地中海/半乾燥気候であり、場合によっては海洋性です。強力な湧昇体制の影響を受ける世界的な都市には、サンフランシスコ、アントファガスタ、シネス、エッサウィラ、ウォルビスベイなどがあります。

参考文献

外部リンク

• 風による表面流：湧昇と湧昇
• アニメーションは湧昇過程を示しています。
• 沿岸湧昇
• 大規模風力発電所が上層海洋循環に及ぼす影響について。GöranBroström、ノルウェー気象研究所、オスロ、ノルウェー