Acceleration of ocean acidification due to shutdown of winter CO2 efflux in the subarctic western North Pacific Ocean

• Project/Area Number: 23K20393
• Project/Area Number (Other): 20H04349 (2020-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2020-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63040:Environmental impact assessment-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 脇田 昌英 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(むつ研究所), 副主任研究員 (30415989)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 裕 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 主任研究員 (00359150) ; 永野 憲 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(大気海洋相互作用研究センター), 主任研究員 (40421888) ; 中野 善之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 技術開発部, 副主任研究員 (20566103) ; 木元 克典 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), グループリーダー代理 (40359162) ; 重光 雅仁 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 研究員 (20511695)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: 海洋環境変動 / 海洋酸性化 / 環境影響評価 / 貧酸素化 / 海洋環境評価

Outline of Research at the Start

高生物生産力と水産資源を誇る西部北太平洋亜寒帯域は、現在、深刻な海洋酸性化が進行している。特に、数年以内に、冬季二酸化炭素の大気放出の停止により、海洋酸性化が加速し、炭酸カルシウムが溶解する未飽和状態になることが予想され、海洋生物への影響も必至である。そのため、海洋観測を実施し、酸性化の加速と生物への影響を明らかにする。加えて、将来の社会発展予測シナリオに基づいた酸性化進行と生物影響の予測を行う。

Outline of Annual Research Achievements

高生物生産力と水産資源を誇る西部北太平洋亜寒帯域は、ここ数年以内に冬季二酸化炭素の大気放出の停止により、海洋酸性化が加速し、炭酸カルシウムが溶解する未飽和状態になることが予想され、生物への影響も必至である。そのため、酸性化の加速と生物への影響を明らかにし、将来の社会発展予測シナリオに基いた酸性化進行と生物影響の予測を行う。2023年度は以下を実施した。
1．MR23-05Leg2航海（2023年7月～8月）で、観測点K2で得られた試料と回収された係留系に搭載した時系列自動採水器の試料を分析した。加えて、2021年～2023年までのK2の炭酸系等の観測データを品質管理し、係留系のCTD・酸素・紫外蛍光光度センサー、多層流向流量計等で得られたデータを解析した。
2．1999～2023年の25年間で、K2の表層混合層の酸性化は、海洋の人為起源二酸化炭素の吸収により、他の外洋域と同じペースで進行していたが、栄養塩のリン酸塩と硝酸塩が有意に増加していた。冬季混合層の酸性化は、2016年以降に加速し、その原因は冬季混合層下へのDIC拡散フラックスの増加で、以前公表した論文を支持していた。
3．観測用センサーの生物付着防止に用いる深紫外線面光源を使った照射装置を開発し、その効果を検証した結果を学会等で発表した。
4．12か所の船舶観測ベース時系列モニタリングから得られた観測値をまとめたデータベースの論文「海洋時系列観測データ統合プロダクト(SPOTS)」にK2とKNOTでの炭酸系を含めた観測データを提供した。
5．K2で得られた観測値とCMIP6のモデルデータの比較を行い、GFDL-CM4データと観測データに良い一致があることが分かった。さらに、GFDL-CM4の物理パラメーターを解析し、エルニーニョのときに混合層への下層からのエントレインメンが強まることを確認することが出来た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度の航海で採取された試料（海水・生物）の分析ができた点、25年蓄積した観測データから表層混合層のpH・炭酸カルシウム飽和度Ωが低下し、酸性化進行を確認した点、溶存化学成分（溶存無機炭素、アルカリ度、栄養塩）データの経年変化から、海洋生物による石灰化の維持と生物群集生産の弱化による栄養塩の増加が示唆された点、これまでの1999年～2023年までのK2/KNOTの炭酸系等の観測データについて、品質管理し、一部をデータベース論文へ提供した点、生物生産による溶存・粒状有機炭素について、K2の動態について論文に貢献した点、時系列自動採水器で得られた2019年から2023年の試料を分析し、船舶観測でのニスキンによる分析結果とよく一致し、中層の急速な酸性化の進行が確認できた点から、区分(2)に該当すると判断出来る。

Strategy for Future Research Activity

西部亜寒帯域K2での冬季二酸化炭素の放出が停止し、酸性化が加速し、Ωの未飽和状態になっているかどうかを直接観測するための係留系の仕様について、JAMSTEC地球表層システム研究センターと議論し、新たに購入した時系列自動採水器を来年度のみらい航海で設置する。加えて、酸性化進行による生物への影響を評価するため、溶存化学成分データの経年変化から見える石灰化と生物群集生産の変化とその原因について解析を進め、炭酸カルシウム殻をもつプランクトンの骨格密度を直接的に測定し、比較する。GFDL-CM4の化学パラメーターについても解析を行い、観測結果と比較しつつ、K2を含む西部亜寒帯の酸性化のメカニズムを議論する。

Research Products

• [Journal Article] Origin and Transport of Dissolved Organic Matter in the Northwestern Margin of the North Pacific Inferred from Radiocarbon Signatures (2024)
  • Author(s): Otosaka, S., Y. Hou, M. Wakita, Y. Yamashita, J. Nishioka, H. Obata, Y. Miyairi, Y. Yokoyama, H. Ogawa
  • Journal Title: Journal of Coastal Research Volume: 116 Issue: sp1 Pages: 181-185
  • DOI: 10.2112/jcr-si116-037.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis Product for Ocean Time Series (SPOTS) - a ship-based biogeochemical pilot (2024)
  • Author(s): Lange, N., Fiedler, B., Alvarez, M., Benoit-Cattin, A., Benway, H., Buttigieg,L., Coppola, L., Currie, K., Flecha, S., Gerlach, S., Honda, M., Huertas, E., Lauvset, K., Muller-Karger, F., Kortzinger, A., O'Brien, M., Olafsdottir, R., Pacheco, C., Rueda-Roa, D., Skjelvan, I., Wakita, M., White, A., Tanhua, T.
  • Journal Title: Earth System Science Data Volume: 16 Issue: 4 Pages: 1901-1931
  • DOI: 10.5194/essd-16-1901-2024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mesopelagic particulate nitrogen dynamics in the subarctic and subtropical regions of the western North Pacific (2023)
  • Author(s): Mino Yoshihisa、Sukigara Chiho、Kawakami Hajime、Wakita Masahide、Honda Makio C.
  • Journal Title: Frontiers in Earth Science Volume: 11
  • DOI: 10.3389/feart.2023.1176889
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nitrogen Isotopes of Sinking Particles Reveal the Seasonal Transition of the Nitrogen Source for Phytoplankton (2022)
  • Author(s): Yoshikawa Chisato、Ogawa Nanako O.、Chikaraishi Yoshito、Makabe Akiko、Matsui Yohei、Sasai Yoshikazu、Wakita Masahide、Honda Makio C.、Mino Yoshihisa、Aita Maki N.、Fujiki Tetsuichi、Nunoura Takuro、Harada Naomi、Ohkouchi Naohiko
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Issue: 17
  • DOI: 10.1029/2022gl098670
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiotemporal vertical velocity variation in the western tropical Pacific and its relation to decadal ocean variability (2022)
  • Author(s): Nagano Akira、Hasegawa Takuya、Wakita Masahide
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00513-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] El Nino‐Related Vertical Mixing Enhancement Under the Winter Mixed Layer at Western Subarctic North Pacific Station K2 (2021)
  • Author(s): Nagano Akira、Wakita Masahide、Fujiki Tetsuichi、Uchida Hiroshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 126 Issue: 11
  • DOI: 10.1029/2020jc016913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Reduction of pH and CaCO3 Saturation State in the Tsugaru Strait by the Intensified Tsugaru Warm Current During 2012-2019 (2021)
  • Author(s): M. Wakita,K. Sasaki,A. Nagano,H. Abe,T. Tanaka,K. Nagano,K. Sugie,H. Kaneko,K. Kimoto,T. Okunishi,M. Takada,J. Yoshino,S. Watanabe
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Issue: 10 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1029/2020gl091332
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of Ocean Fluid Changes on Pressure on the Seafloor: Ocean Assimilation Data Analysis on Warm-Core Rings off the Southeastern Coast of Hokkaido, Japan on an Interannual Timescale (2021)
  • Author(s): Takuya Hasegawa, Akira Nagano, Keisuke Ariyoshi, Toru Miyama, Hiroyuki Matsumoto, Ryoichi Iwase, Masahide Wakita
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Current situation and future perspective for environmental standards of seawater: commencing with Certified Reference Materials (CRMs) for nutrients of distributing nutrients (2020)
  • Author(s): 村田 昌彦、青山 道夫、チョン 千香子、三浦 勉、藤井 武史、光田 均、北尾 隆、笹野 大輔、中野 俊也、永井 直樹、児玉 武稔、葛西 広海、清本 容子、瀬藤 聡、小埜 恒夫、横川 真一朗、有井 康博、曽根 知実、石川 賀子、芳村 毅、内田 裕、田中 辰弥、粥川 洋平、脇田 昌英
  • Journal Title: Oceanography in Japan Volume: 29 Issue: 5 Pages: 153-187
  • DOI: 10.5928/kaiyou.29.5_153
  • NAID: 130008131927
  • ISSN: 0916-8362, 2186-3105
  • Year and Date: 2020-09-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Expanded Batch-to-Batch Correction for IAPSO Standard Seawater (2020)
  • Author(s): Uchida Hiroshi、Kawano Takeshi、Nakano Toshiya、Wakita Masahide、Tanaka Tatsuya、Tanihara Sonoka
  • Journal Title: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology Volume: 37 Issue: 8 Pages: 1507-1520
  • DOI: 10.1175/jtech-d-19-0184.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Seasonal and Interannual Variations in Nitrogen Availability and Particle Export in the Northwestern North Pacific Subtropical Gyre (2020)
  • Author(s): Mino Y.、Sukigara C.、Honda M. C.、Kawakami H.、Wakita M.、Sasaoka K.、Yoshikawa C.、Abe O.、Kaiser J.、Kimoto K.、Kitamura M.、Fujiki T.、Matsumoto K.、Saino T.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 125 Issue: 5 Pages: 15600-15600
  • DOI: 10.1029/2019jc015600
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Determining the distribution of fluorescent organic matter in the Indian Ocean using in situ fluorometry (2020)
  • Author(s): M.Shigemitsu, H. Uchida, T. Yokokawa, K. Arulananthan, and A. Murata
  • Journal Title: Frontiers in microbiology Volume: 11 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.589262
  • NAID: 130008129758
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis Product for Ocean Time-Series (SPOTS) - a ship-based biogeochemical pilot (2024)
  • Author(s): Lange, N., Fiedler, B., Alvarez, M., Benoit-Cattin, A., Benway, H., Buttigieg,L., Coppola, L., Currie, K., Flecha, S., Gerlach, S., Honda, M., Huertas, E., Lauvset, K., Muller-Karger, F., Kortzinger, A., O'Brien, M., Olafsdottir, R., Pacheco, C., Rueda-Roa, D., Skjelvan, I., Wakita, M., White, A., Tanhua, T.
  • Organizer: Ocean Sciences Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sources of dissolved organic carbon in the western North Pacific traced by radiocarbon signatures (2024)
  • Author(s): Shigeyoshi Otosaka, Yui Sakai, Masahide Wakita, Yunxuan Hou, Youhei Yamashita, Jun Nishioka, Hajime Obata, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Hiroshi Ogawa
  • Organizer: Ocean Sciences Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「みらい」MR23-05航海 Leg2:西部北太平亜寒帯域における大気・海洋・生態系変動の学際的研究 (2024)
  • Author(s): 長島佳菜・藤木徹一・野口真希・喜多村稔・杉江恒二・木元克典・内田裕・脇田昌英・金子仁・中野 善之・佐藤都・久保さゆり・竹谷文一・金谷有剛，三野義尚，下島公紀・大井麻由・鈴木渚，岡崎裕 典・粕谷拓人・熊威誠，佐川拓也・内田貴之，覃洪偉・塩崎拓平，青木一真，遠嶋康徳, 石戸谷重 之・天野敦子，村上雅則，鷺島克啓
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] 深紫外線面光源を用いた係留機器用生物付着防止装置の開発 (2023)
  • Author(s): 中野 善之 ・ 脇田 昌英
  • Organizer: 日本海洋学会秋季大会
• [Presentation] Origin and Transport of Dissolved Organic Matter in the Northwestern Margin of the North Pacific Inferred from Radiocarbon Signatures (2023)
  • Author(s): Shigeyoshi Otosaka, Yunxuan Hou, Masahide Wakita, Youhei Yamashita, Jun Nishioka, Hajime Obata, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Hiroshi Ogawa
  • Organizer: international Conference on Aquatic Science & Technology 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 「みらい」MR22-03航海概要報告 -春季西部北太平洋における東アジア大陸起源物質の分布と生態系 への影響- (2023)
  • Author(s): 杉江 恒二，藤木 徹一，木元 克典，松本 和彦，竹谷 文一，脇田 昌英，中野 善之，岸 正敏，喜多 村 稔，金谷 有剛，佐々木 雄亮，塩崎 拓平，Qin Hongwei，下島 公紀，大井 麻由，刀祢 館奈々子， 山口 三亜佳，三野 義尚
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム
• [Presentation] 西部北太平洋亜寒帯域における海洋酸性化と海洋生物への影響 (2022)
  • Author(s): 脇田昌英・永野憲・内田裕・中野善之・木元克典・重光雅仁・藤木徹一
  • Organizer: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 深紫外線面光源を用いた採水用殺菌装置の開発 (2022)
  • Author(s): 中野善之・脇田 昌英 ・ 松本 和彦 ・ 藤木 徹一
  • Organizer: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 塩化水銀によって殺菌した海水試料中の硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比定量法の検討 (2021)
  • Author(s): 小松大祐、富所春奈、成田尚史、三野義尚、脇田昌英、角皆潤
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会
• [Presentation] エルニーニョに関連したK2 測点冬季混合層直下の鉛直混合の強化 (2021)
  • Author(s): 永野憲、脇田昌英、藤木徹一、内田裕
  • Organizer: 日本海洋学会2021年度秋季大会
• [Presentation] 「みらい」MR21-01航海概要報告:西部北太平洋におけるアジア大気微量物質による海洋生物地球化学への影響評価 (2021)
  • Author(s): 竹谷文一、長島佳菜、喜多村稔、本多牧生、松本和彦、宮川拓真、藤木徹一、木元克典、杉江恒二、栗栖美菜子、脇田昌英、内田裕、中嶋亮太、野口真希、金谷有剛、原田尚美、岩本洋子、Astrid Muller、Matthias Frey、村上裕太郎、藤木なぎさ
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2021
• [Presentation] Monitoring and Assessment of Ocean Acidification by JAMSTEC (2020)
  • Author(s): Akihiko Murata, Katsunori Kimoto, Masahide Wakita
  • Organizer: UNFCC
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オホーツク海南岸における海洋酸性化モニタリングと生物影響調査 (2020)
  • Author(s): 木元克典・下島公紀・清水啓介・脇田昌英・山口篤・松野孝平・ 村井克詞・吉田瞳・片倉靖次
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [Presentation] 海洋酸性化による巻貝の幼殻形成への影響 (2020)
  • Author(s): 清水啓介・木元克典・脇田昌英・諏訪僚太
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [Presentation] 北海道沿岸域における地球温暖化・海洋酸性化・貧酸素化指標の連続モニタリングと将来予測シミュ レーション (2020)
  • Author(s): 藤井賢彦、高尾信太郎、山家拓人、 赤松知音、藤田大和、脇田昌英、山本彬友、小埜恒夫
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [Remarks] KNOT点/K2点海洋観測データセット
  • URL: https://www.godac.jamstec.go.jp/data_catalog/view/metadata?
• [Remarks] 近年の海洋酸性化はIPCC AR6でどう語られたか
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/rigc/j/reports/ipcc6/07.html
• [Remarks] CO2 Moorings and Time Series Project
  • URL: https://www.ncei.noaa.gov/access/ocean-carbon-acidification-data-system/oceans/Moorings/K2.html
• [Remarks] Researchmap 脇田昌英
  • URL: https://researchmap.jp/mwakita
• [Remarks] 国際的な海洋酸性化観測研究プロジェクトGOA-ONに西部北太平洋亜寒帯観測定点K2を登録
  • URL: http://portal.goa-on.org/Explorer?action=oiw:mobile_platform:STS_X_487:observations:
• [Remarks] KNOT点/K2点海洋観測データセット
  • URL: https://www.godac.jamstec.go.jp/data_catalog/view/metadata?key=JAMSTEC_KNOT_K2&lang=ja
• [Remarks] CO2 Moorings and Time Series Project: K2
  • URL: https://www.nodc.noaa.gov/ocads/oceans/Moorings/K2.html
• [Remarks] Researchmap 脇田 昌英
  • URL: https://researchmap.jp/mwakita/
• [Remarks] 国際的な海洋酸性化観測研究プロジェクトGOA-ONに西部北太平洋亜寒帯観測定点K2を登録
  • URL: http://portal.goa-on.org/Explorer
• [Remarks] KNOT点/K2点海洋観測データサイト
  • URL: http://www.godac.jamstec.go.jp/catalog/data_catalog/metadataDisp/JAMSTEC_KNOT_K2
• [Remarks] SDG14.3.1 data portalへK2 carbon time-series data提出
  • URL: https://oa.iode.org/