| Project/Area Number |
20KK0236
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
渡邊 剛 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80396283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 貴昭 特定非営利活動法人喜界島サンゴ礁科学研究所, 研究部門, 特別研究員 (00852310)
田中 健太郎 東京大学, 大気海洋研究所, 特任研究員 (20792766)
山崎 敦子 名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (40723820)
駒越 太郎 特定非営利活動法人喜界島サンゴ礁科学研究所, 研究部門, 研究員 (90868407)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 海洋貧酸素 |
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| Outline of Research at the Start |
人為起源の地球温暖化と沿岸域の富栄養化に伴う将来の海洋貧酸素化の拡大の可能性が指摘されているが、産業革命以降の気候・海洋環境変化に伴う貧酸素水塊の形成と拡大の直接的な証拠や、将来予測に不可欠な長期データが現存しない。本研究では、世界最大の貧酸素水塊の縁辺部に位置するハワイ諸島と、既に貧酸素環境にあるアラビア海という条件の異なる海域を対象とし、浅海および深海サンゴ骨格試料に対し、新たに開発する化学指標を用いることにより，海洋の貧酸素化の拡大の変遷を復元する。本研究で復元される溶存酸素濃度の長期一次データと気候・海洋・生態系統合モデルを組み合わせることにより将来予測を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
人為起源の地球温暖化と沿岸域の富栄養化に伴う将来の海洋貧酸素化の拡大の可能性が指摘され、半世紀後には海洋表層の溶存酸素が消失し、海洋生態系へ不可逆的なダメージを与えることが危惧されている。少なくとも20世紀半ばより海洋の貧酸素化は進行しているという見積もりがあるが、産業革命以降の気候・海洋環境変化に伴う貧酸素水塊の形成と拡大の直接的な証拠や、将来予測に不可欠な長期データが現存しない。サンゴは貧酸素化の影響が最も大きい熱帯・亜熱帯域の沿岸表層に生息し、骨格に成長線（年輪）を刻む。その成長方向に沿った地球化学分析により、過去数百年間（生息期間）の海洋環境を高時間解像度で読み出すことが可能である。本研究では、世界最大の貧酸素水塊の縁辺部に位置するハワイ諸島と、既に貧酸素環境にあるアラビア海という条件の異なる海域を対象とし、浅海および深海サンゴ骨格試料に対し、新たに開発する化学指標を用いることにより，海洋の貧酸素化の拡大の変遷を復元する。新たな手法として、溶存酸素濃度指標（マンガン／カルシウム比）と脱窒指標（窒素同位体比）を組み合わせた複合指標をサンゴ骨格試料へ応用する。ハワイで採取した溶存酸素濃度は、世界最長の観測記録である31年分のハワイ沖の溶存酸素濃度データとキャリブレーションを行う。このキャリブレーションを本研究で用いるサンゴ試料に応用し、産業革命以降から現在までの過去250年間の溶存酸素濃度の変化を季節変動以上の解像度で復元する。また、復元された溶存酸素濃度の時系列データと、同じサンゴ骨格から復元される水温、溶存二酸化炭素量、貧酸素環境に伴う脱窒の変遷を復元する。最後に、本研究で初めて復元される溶存酸素濃度の長期一次データと気候・海洋・生態系統合モデルを組み合わせることにより将来予測を試みる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1)観測モニタリングとのキャリブレーションによる貧酸素水塊指標の高精度化：渡邊・山崎がハワイに滞在し、海外共同研究者のカーンとともに海洋観測ブイのメンテナンスとサンゴの移植を実施。国際観測ステーションALOHAおよびハワイ大学の海洋観測ブイに移植するサンゴ試料の解析データと観測データを用いて、サンゴ骨格の地球化学的解析で求められる溶存酸素濃度、溶存二酸化炭素、水温指標のキャリブレーションと高精度化を行なった。
2)ハワイ諸島浅海域におけるサンゴ骨格試料採取と環境変動の時系列変化の復元：ハワイオアフ島において長尺のサンゴコアを2本採取。得られたサンゴコアのX線画像解析、炭素安定同位体比、Sr/Ca比、酸素安定同位体比、および窒素同位体比を時系列に従って分析。その結果、炭素安定同位体比からは溶存二酸化炭素濃度、Sr/Ca比からは水温、酸素安定同位体比からは海水の酸素同位体比、および窒素同位体比からは栄養塩の過去100年間における変化を時系列で復元することに成功。
3)ハワイ諸島の貧酸素水塊の深度分布と時系列変化の復元: 海外共同研究者のカーンが日本に長期滞在し、有人潜水艇により取得した深海サンゴの試料を得ることができた。これらの試料の成長線解析およびウラン系列の年代測定により成長速度を見積もることに成功。
4)アラビア海における貧酸素水塊の時系列変化の復元：渡邊・山崎・渡邉（貴）は海外共同研究者のファイファーとともに海洋表層最大の貧酸素海域であるアラビア海オマーン沿岸において、現生のサンゴコアを2本採取した。得られたサンゴ骨格のX線画像解析、炭素安定同位体比、Sr/Ca比、酸素安定同位体比、および窒素同位体比を分析。
5)新たな手法として、溶存酸素濃度指標（Mn/Ca比）の開発のためにマンガン濃度が既知のサンゴ試料を用いて様々な洗浄実験を繰り返し、最適な前処理過程の決定を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で得られたサンゴ骨格のMn/Ca比から海洋表層の溶存酸素濃度、Sr/Ca比から水温変動、窒素同位体比から脱窒量の変遷、炭素・ホウ素同位体比から溶存二酸化炭素濃度の時系列データを解析する。次年度には、新たな手法として開発したマンガン／カルシウム比をサンゴ試料に応用して時系列データを得る。それらの結果から、過去から現在までの海洋貧酸素水塊の挙動と環境要因との相互関係を明らかにし、深度分布を産業革命前と現在とで比較する。貧酸素水塊の拡大の影響がどの水深で進行してきたかを明らかにする。さらに、異なる海域においての貧酸素水塊の関する地球化学的データをインプットし総合解析を行うことにより、過去から現在までの貧酸素水塊の動態解析やメカニズムの解明から、将来の温暖化による海洋貧酸素化と海洋生態系へのインパクトを定量的に予測する。また、最終年度ということで本研究計画のまとめとしてワークショップを開催し、研究成果と将来の発展性について議論・策定する。得られた結果は国内外の学会で発表するほか、国際誌に適宜投稿する。
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