| Project/Area Number |
23K17028
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
漢那 直也 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (90849720)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 鉄 / 南極海 / 植物プランクトン / 海氷 |
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| Outline of Research at the Start |
生物に必須の栄養素「鉄」が不足した南極海がなぜ、海洋生物が多様で豊かな海となるのか長年の謎であった。海氷は、南極海で不足しがちな鉄を10～100倍に濃縮することができ、融解期に鉄を放出することで植物プランクトンの大増殖を促すと考えられてきた。しかしこれまでの研究では、海氷に含まれる鉄の総量はわかっていたものの、植物プランクトンが実際に利用できる鉄の量は全くわかっていなかった。本研究では、植物プランクトンに利用されやすい鉄の化学種を南極海氷域で定量化し、南極海で植物プランクトンが繁栄する仕組みを解明する。そして、温暖化の影響が現れ始めた南極海の二酸化炭素（CO2）吸収量の変動予測に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，南極海氷域において，植物プランクトンに利用されやすい鉄の還元種（Fe2+）を定量化し，南極海で植物プランクトンが繁栄する仕組みを解明することが目的である．2024年度は，砕氷艦「しらせ」を用いた南極海の観測研究が実現し，鉄分析のための海水・海氷試料を取得した。また海水中の鉄の起源やその挙動を理解するために，マンガンなどの鉄以外の微量金属元素，有機リガンド，溶存有機物，主要栄養塩などの分析用試料も取得した．しらせ船上で行った海水中のFe2+分析の結果，全ての観測点，深度において分析の検出限界を下回り，南極海氷域においてFe2+はマイナーな化学種であることがわかった．一方，複数の観測点において，水深約50～100 m付近に植物プランクトンの現存量指標であるクロロフィルaの極大が存在し，比較的深い水深で植物プランクトンの増殖が確認された．今後は海水中の溶存態および粒子態鉄，主要栄養塩等の分析を進め，クロロフィル極大の形成と鉄をはじめとする微量金属元素動態，栄養塩動態との関係性を調べることが重要であると考えられる．さらに，現場で取得した海水および海氷の融解水を用いて，Fe2+の生成・消失速度を室内実験で調べ，南極海氷域におけるFe2+の動態に関する考察を行う．
また2024年度は，北極海氷域における鉄の動態をまとめた論文を出版した．北極海では，海氷融解水よりも，河川水が表層海水への鉄の主な供給源であることがわかった．南極海氷域で採取した雪，海氷，海水中の鉄分析を実施し，両極海氷域の比較研究を推し進め，海氷からの鉄供給は重要か？という課題の解決に取り組んでいく．
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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
2025年の2月～3月にかけて第66次南極地域観測隊に参加し，しらせでは初となる鉄観測を実施した．南緯62度以南の外洋域から陸棚域，トッテン氷河沖，海氷縁域を含む計10測点で鉛直10層のクリーン採水を行った．CTD 多連採水システムを用いたクリーン採水では，鉄をはじめとする微量金属元素，有機リガンド，溶存有機物，主要栄養塩などの分析用海水試料を採取した． 海水中のFe2+は，採水後すぐに船上分析を行い，全ての観測点，深度において分析の検出限界以下（<25 pmol/L）であったことを確認した．また観測者を乗せたゴンドラを海氷上に降ろし，海氷コアラーを用いて雪，海氷コアのサンプリングを行った．さらにペリスタルティックポンプを用いて海氷直下の海水を採水した．CTDセンサーを用いてクロロフィル蛍光を測定した結果，複数の観測点において，水深約50～100 m付近にクロロフィル極大が存在し，比較的深い水深において植物プランクトンの増殖が確認された．
また南極海と類似の環境であるパタゴニアのアイスフィヨルドで採取した海水の分析を進め，アイスフィヨルドにおける溶存Feの空間分布を明らかにした．さらに南極海氷域と対極の北極海氷域における鉄の動態をまとめた論文を出版した．以上を鑑み，現在までの進捗状況をおおむね順調に進んでいると総合的に判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度は，南極海氷域で取得した雪，海氷コア，海水中の鉄をはじめとする化学成分の前処理および分析を進めていく．海氷コアはセラミックナイフを用いてクリーニング処理を施し，数センチごとのセクションに区切って海氷コア中の鉄の鉛直分布を明らかにする．鉄は溶存態および粒子態にサイズ分画し，固相抽出法を用いて鉄を分離濃縮後に高分解能誘導結合プラズマ質量分析装置で分析する．また鉄以外の微量元素（マンガン，アルミニウム，コバルト，亜鉛，銅，鉛，ニッケル）も同手法を用いて分析することで，南極海氷域における鉄の起源や挙動に関する理解を深めることが可能になる．さらに雪，海氷，海水中の主要栄養塩，溶存有機物，有機リガンドなどの分析を進め，海氷域における鉄の動態と生物生産との関係性を明らかにしていく．また室内実験によりFe2+の消失速度（酸化速度）を定量的に評価する．現場海水と氷の融解水に無機態Fe2+を添加し，水試料中のFe2+が酸化される速度を化学発光法により測定する．得られた成果は国内外の学会で発表し，成果論文の出版を目指す．
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