気候変動による海洋への影響（きこうへんどうによるかいようへのえいきょう、英：effects of climate change on oceans）の中でも最も重要なものの一つは海洋温暖化すなわち海水温の上昇であり海洋熱波の発生頻度が増加している。気温と海水温の上昇は、水が温まることで膨張することや、陸上氷床と海氷が溶けることによる海面上昇を引き起こす。さらに海水酸性化・海水中酸素濃度低下・海洋成層化の増加などがあり、これらすべてが海流の変化、例えば大西洋子午面循環（AMOC）の弱体化などを引き起こす。
概要 海洋温暖化の主な原因は陸地の温暖化同様、人間活動による温室効果ガス（二酸化炭素やメタンなど）の排出であり、主に化石燃料の燃焼と森林破壊によるものである。地球規模の温室効果では気候システムに追加された熱の大部分を海が吸収するため特に海洋が温まりやすくなる。また大気中の余分な二酸化炭素の一部を海が吸収することで、海水が酸性化する。人間活動が排出した二酸化炭素の約25％は海洋が吸収していると見積もられている。
海洋のさまざまな層は異なる温度を持ち、海は深いほど水温は低くなる。気温上昇により海面が温まると、温かく比重の軽い水は表層にとどまりやすくなるため、海洋の表層と深層の混合が減少し温度の成層化（熱的成層化）が進行しBindoff, N.L., W.W.L. Cheung, J.G. Kairo, J. Arístegui, V.A. Guinder, R. Hallberg, N. Hilmi, N. Jiao, M.S. Karim, L. Levin, S. O'Donoghue, S.R. Purca Cuicapusa, B. Rinkevich, T. Suga, A. Tagliabue, and P. Williamson, 2019: Chapter 5: Changing Ocean, Marine Ecosystems, and Dependent Communities . In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press.、冷たい深海水の循環が減少する。鉛直方向の混合が弱まると海が熱を吸収しにくくなり、その分の熱が大気および陸地へ移行することになる。その結果熱帯性低気圧や嵐に投入されるエネルギー量が増加し、かつ深層から表層への栄養分供給が減少する。これらの変化は同時に海洋の炭素隔離量を低下させる。同時に海水塩濃度の差も広がり、塩分の高い海域はより塩辛く、淡水に近い海域はより塩分が少なくなる。
温かい水は冷たい水より酸素溶解量が少ないため海洋から大気中へ酸素が移動する。したがって上で述べた熱的成層化が進むと表層から深海への酸素供給が減少し、深層の酸素濃度がさらに低下する。すでに海洋全体の各深度にわたって酸素が失われており、酸素最少帯の規模は世界中で拡大している。
これらの変化はすでに人間活動の圧力がかかっている海洋生態系にさらなる負担をかけ、生物多様性の損失や種の分布の変化を引き起こしている。熱帯では、サンゴはわずかな温度変化にも敏感で水温上昇がサンゴ礁を白化させ、寒帯では温暖化で海氷が喪失し、ホッキョクグマやコウテイペンギンなどその環境に依存する動物に深刻な脅威となっている。
海洋に関連する気候システムの多くの要素は温暖化に対してゆっくりと反応する。たとえば深海の酸性化や海洋熱含量の増加は何千年も続くとされるArias, P.A., N. Bellouin, E. Coppola, R.G. Jones, G. Krinner, J. Marotzke, V. Naik, M.D. Palmer, G.-K. Plattner, J. Rogelj, M. Rojas, J. Sillmann, T. Storelvmo, P.W. Thorne, B. Trewin, K. Achuta Rao, B. Adhikary, R.P. Allan, K. Armour, G. Bala, R. Barimalala, S. Berger, J.G. Canadell, C. Cassou, A. Cherchi, W. Collins, W.D. Collins, S.L. Connors, S. Corti, F. Cruz, F.J. Dentener, C. Dereczynski, A. Di Luca, A. Diongue Niang, F.J. Doblas-Reyes, A. Dosio, H. Douville, F. Engelbrecht, V. Eyring, E. Fischer, P. Forster, B. Fox-Kemper, J.S. Fuglestvedt, J.C. Fyfe, N.P. Gillett, L. Goldfarb, I. Gorodetskaya, J.M. Gutierrez, R. Hamdi, E. Hawkins, H.T. Hewitt, P. Hope, A.S. Islam, C. Jones, D.S. Kaufman, R.E. Kopp, Y. Kosaka, J. Kossin, S. Krakovska, J.-Y. Lee, et al., 2021: Technical Summary . In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 33−144.。たとえ温室効果ガスの排出がゼロになったとしても、氷床は温暖化に対してゆっくりと反応し、海水はすでに温暖化で膨張しており熱を取り込み続けるため、海面上昇も何世紀あるいは何千年も続くと考えられている。
増大する温室効果ガス濃度による変化
2020年で大気中の二酸化炭素濃度は410ppmを超えており、産業革命前のほぼ1.5倍であり、このような高濃度と急速な増加速度は地質記録の過去5500万年において前例がない Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License 。この原因は明確に人為的なものであり、化石燃料の燃焼、工業活動、土地利用や土地変化に起因している。海洋が人為的二酸化炭素の主要な吸収源であるという考えは、少なくとも1950年代後半から科学的に議論されており、海洋が人為的二酸化炭素排出の約4分の1を吸収していると考えられるいくつかの証拠がある。海洋の温暖化の程度は人類の気候変動緩和努力にかかっている。
IPCC 特別報告「変化する気候における海洋と雪氷圏」（2019）によると： 1970年以降、地球の海洋が継続的に温暖化しており、気候システムにおける余分な熱の90％以上を吸収しているのはほぼ確実である。 1982年以降、海洋熱波の発生頻度はほぼ2倍となっており、強度も増加している。 1993年以降、海洋の温暖化速度は2倍以上になっている。 二酸化炭素の吸収増加により、海洋の表面酸性化が進行している。 表層から1000メートルまでの範囲で酸素が喪失している。
海水温上昇
気候変動の結果として海洋が温暖化していることは明らかでありその速度は増している。2022年には地球の海洋が人類の観測史上（当時）最も高温になった。これは海洋熱含量によって判断され2021年の最高記録を2022年に超えた 50x50ピクセル Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License。海洋温度の持続的な上昇は、主に温室効果ガスの増加による地球のエネルギー不均衡の避けがたい結果である。産業革命以前と2011年～2020年の期間を比較すると、海洋表面の温度は0.68～1.01℃上昇しているFox-Kemper, B., H.T. Hewitt, C. Xiao, G. Aðalgeirsdóttir, S.S. Drijfhout, T.L. Edwards, N.R. Golledge, M. Hemer, R.E. Kopp, G. Krinner, A. Mix, D. Notz, S. Nowicki, I.S. Nurhati, L. Ruiz, J.-B. Sallée, A.B.A. Slangen, and Y. Yu, 2021: Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change . In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1211–1362:1214。
海洋熱の大部分は南極海で吸収されている。例えば1950年代から1980年代の間に南極周辺の南極海の温度は0.17℃上昇しており、これは全地球平均のほぼ2倍の速度である。
IPCC 特別報告「変化する気候における海洋と雪氷圏」（2019）によると温暖化の速度は深度によって異なり、上層（700メートルより上）で最も急速に温暖化している。1981年から2019年のデータで1世紀あたり、海洋深度1000メートルでは約0.4℃、深度2000メートルでは約0.1℃の温暖化が観測されている。南極海（南緯55°）では温暖化のパターンはやや異なり、最も高い温暖化（1世紀あたり0.3℃）は深度4500メートルで観測されている。
海洋温暖化は海底堆積物の下に存在するメタンクラスレートから大量の温室効果ガスであるメタンを放出させる可能性があるが、2021年のIPCC第6次評価報告書では海底のメタンクラスレートが今世紀中に「排出量の経路から目立って外れるような変化」を引き起こすとは考えられていない。
海洋熱波 海洋熱波は海洋生物にも影響を与える。例えば2019～2021年の太平洋北西部の海洋熱波の影響により、ベーリング海のズワイガニは2018年から2022年にかけて84％減少し98億匹が失われた。
地球温暖化に伴って海面水温が上昇し続けるため、海洋熱波の頻度・期間・規模（面積）・強度は今後も増加し続けると予測されているFox-Kemper, B., H.T. Hewitt, C. Xiao, G. Aðalgeirsdóttir, S.S. Drijfhout, T.L. Edwards, N.R. Golledge, M. Hemer, R.E. Kopp, G. Krinner, A. Mix, D. Notz, S. Nowicki, I.S. Nurhati, L. Ruiz, J.-B. Sallée, A.B.A. Slangen, and Y. Yu, 2021: Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1211–1362, doi:10.1017/9781009157896.011.。IPCC第6次評価報告書（2022年）は「海洋熱波は1980年代以降頻度が増加し強度も増し、より長く続いている。また2006年以降は非常に高い確率で人為的気候変動が原因である」と述べているCooley, S., D. Schoeman, L. Bopp, P. Boyd, S. Donner, D.Y. Ghebrehiwet, S.-I. Ito, W. Kiessling, P. Martinetto, E. Ojea, M.-F. Racault, B. Rost, and M. Skern-Mauritzen, 2022: Chapter 3: Oceans and Coastal Ecosystems and Their Services. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 379–550, doi:10.1017/9781009325844.005.。この結果は2019年のIPCC報告においても確認されており、「海洋熱波は頻度が2倍になり、より長く激しく広範囲になっている（非常に可能性が高い）」とされているIPCC, 2019: Technical Summary [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Tignor, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.- O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 39–69. https://doi.org/10.1017/9781009157964.002。海洋熱波は2081～2100年には1995～2014年と比べて、温室効果ガス排出が少ない場合で4倍、多い場合で8倍に増加すると予測されている。
海洋熱含量 海洋熱含量（OHC）または海洋熱吸収（OHU）は、海が吸収・保持するエネルギーを指す。海洋熱含量と海面上昇は、気候変動の重要な指標であり、海洋熱含量の変化は海洋温暖化を最もよく示す指標である。海洋熱含量を計算するにはさまざまな場所や深さでの海水温を測定する。海盆または海全体におけるエンタルピーエネルギー変化の面積密度を積分することで、総海洋熱含量が求められる。
1970年頃から観測された着実な上昇傾向は、1958年の世界的な追跡開始以降続いているNOAA National Centers for Environmental Information, Assessing the Global Climate in 2024, published online January 2025, Retrieved on March 2, 2025 from https://www.ncei.noaa.gov/news/global-climate-202413.。1969～1993年と比較して、1993～2017年の熱吸収が増加している。1971～2018年の間の地球の、人為的温室効果ガス排出増加により生じた:1228余分な熱エネルギーの90％以上が海洋熱含量の増加によって説明されている。2020年までに追加されたエネルギーの約3分の1が、700メートルより深い場所まで到達していた。
2024年には2023年の記録を更新し、世界の海洋が再び観測史上最も高温となった（当時）。深度2000メートルまでの海洋熱観測で上位5つの記録はすべて2020～2024年の期間に発生している。 海洋酸性化
海洋酸性化とは海洋のpHの継続的低下（＝酸性度が上昇）である。人間活動による二酸化炭素排出が海洋酸性化の主な原因であり、2024年現在大気中の二酸化炭素濃度は422 ppmを超えている。大気中の二酸化炭素は海洋に吸収され炭酸となり海水酸性度を高める（注：これは海水がすでに酸性になっているという意味ではない。海水は依然として弱アルカリ性でありpH８前後である）。
1950年から2020年の間に、海面の平均pHは約8.15から8.05へと約0.1低下した。これは水素イオン濃度が26％増加することを意味する（注：pHは常用対数スケールであり、pHの1低下は水素イオン濃度の10倍増加を意味する）。海面のpHと炭酸塩の飽和状態は、海の深さや場所によって異なる。二酸化炭素の水に対する溶解度は水温が低いほど大きいため、寒冷で高緯度の海域はより多くの二酸化炭素を吸収しより酸性となる。大気と海洋の二酸化炭素交換に影響を与える要因はその他にも海流や湧昇帯の存在・大陸から淡水を供給する河口からの距離・海氷の被覆・化石燃料の燃焼や農業から発生する窒素酸化物や硫黄酸化物との大気交換など複数存在し、それによって地域的な海洋酸性化が生じる 50x50ピクセル Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License 。
海洋酸性化は海洋生物にとって石灰化の減少・免疫応答の低下・生殖などの基本機能に対するエネルギーの減少など多くの有害な影響をもたらし、海洋での食物連鎖に影響しうる。軟体動物やサンゴのような海洋で石灰化する生物は特に脆弱である。なぜならこれら生物は殻や骨格を形成するために炭酸カルシウムに依存しており、炭酸カルシウムはさらに過剰の二酸化炭素（＝炭酸）と反応すると炭酸水素カルシウムとなり水に溶けてしまうからである。約10億人が漁業・観光業・沿岸管理といったサンゴ礁が提供するサービスに全面的または部分的に依存している。
物理的環境への影響
海面上昇
多くの沿岸都市では、今後数十年さらにはそれ以降も沿岸洪水が発生すると見込まれている 。人的活動により地盤沈下した地域ではさらに悪化する。2050年までに、特に東南アジアで数億人が沿岸洪水の脅威にさらされる。
1901年から2018年の間に平均海面水位は15～25 センチメートル上昇、1970年代以降は年間2.3ミリメートルのペースで上昇しており、これは過去少なくとも3,000年間で最も急速な海面上昇である 。1993年から2018年の間、氷床や氷河の融解が海面上昇の44％を占め、残りの42％は水の熱膨張によるものであった。さらに2013年から2022年の10年間では、上昇速度が年間4.62ミリメートルに加速しており、人間活動による気候変動が主原因とされているIPCC, 2021: Summary for Policymakers . In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, US, pp. 3−32, .。
海流の変化
サムネイル|350x350ピクセル|いくつかの研究は大西洋子午面循環 (AMOC) が弱化しつつあることを報告している。西暦900年以降のAMOC指数は、2000年ころから過去1000年間で見られなかった低下が進行していることを示している。 海流は、太陽光・緯度間の温度差・卓越風・塩水と淡水の密度差によって引き起こされる。赤道付近では暖かい空気が上昇し、その後極地に向かって移動するにつれて再び冷却される。冷えた空気は極地付近で沈降し、その後赤道方向に移動するにつれて再び温まり上昇する。これによりハドレー循環と呼ばれる大規模な風のパターンが生まれ、それに似た効果が各半球の中緯度帯にも見られる。これらの風のパターンは表層海水を駆動し、海面の水をより高緯度の冷たい空気のある地域へと運ぶ。運ばれた水は冷却され高密度となり海底へと沈むことで、北では北大西洋深層水（NADW）南では南極底層水（AABW）を形成するTalley, L. (2000). Sio 210 talley topic 5: North Atlantic circulation and water masses. thermohaline forcing .。
この沈降と低緯度における湧昇、そして風による表層水の移動が駆動力となり、海流が海水を海洋全体に循環させている。そこへ地球温暖化が加わると、特に上記の様な深層水が形成される地域で変化が生じる。すなわち温暖化により氷河や極地の氷冠が融解するにつれて、淡水が高緯度地域に大量に供給されるようになり、表層水の密度が低下、その結果温暖化前よりも水が沈みにくくなり海流が弱まる。
地球規模の熱塩循環の一部である（AMOC）は産業革命以前と比べて弱まっている可能性があると、現代の観測と古気候学データは示している。そのデータは不確実性が大きく確実とはいえないものの、2021年に評価された気候変動の予測によれば、AMOCは21世紀を通して弱まる可能性が非常に高いとされている。その弱体化は地球規模の気候に重大な影響を及ぼす可能性があり、特に北大西洋が脆弱である。
海流の変化は、海水温に依存する二酸化炭素の吸収能力や、海流が輸送する栄養塩に依存する海洋一次生産にも影響を及ぼす。AMOCのような深層循環は極めて遅く（数百年から数千年）気候変動に対しても反応が遅い。
海洋成層化
通常、表層水は深層水よりも温かいため密度が低くなり成層化を引き起こす。成層は海流形成に重要な影響を与え、栄養塩の深層から表層への移動と、同時に起こる補償下降流による大気中酸素の表層から深層への移動を制限する。すなわち成層構造は表層と深層の混合を制限し、熱・炭素・酸素・微粒子物質の交換を減少させる。
海洋成層構造はすべての海洋盆地において見られ、その変化は生物生産性や酸素レベルに影響を及ぼし重要である。地球温暖化（と一部の地域では塩分変化）により、熱帯域では蒸発によって塩分濃度と密度が上昇し、高緯度では氷の融解により塩分濃度が低下することで、表層海洋の成層が強化されている。
海水酸素濃度の低下
気候変動は海洋中の酸素にも影響を与えている。これは沿岸域だけでなく外洋でも同様である。外洋深層には酸素最少層と呼ばれている自然に酸素が少ない領域が存在しており、遅い海洋循環によって大気中の酸素から隔離されている。表層から沈降する有機物が分解される際に酸素が消費されることによっても酸素濃度が低下する。さらに、酸素の水への溶解度は温度が上がると低下するため、海洋温暖化はいっそう酸素濃度を低下させる。
海洋全体の酸素濃度は1960年代からの50年間で約2%減少したと推定されている。低酸素はほぼすべての生物にとってストレス要因であり、極端に酸素が少ない環境では生物相が著しく貧弱になる。これらの酸素最少層は今後さらに拡大する可能性があり、気候変動によって引き起こされる深刻な海洋生態系への脅威と考えられている。