2019 Fiscal Year Annual Research Report
Destiny of Arctic ice algae facing rapid sea ice decline
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18H03368
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
渡邉 英嗣 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(北極環境変動総合研究センター), 研究員 (50722550)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊東 素代 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(北極環境変動総合研究センター), 技術研究員 (60373453)
小野寺 丈尚太郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(北極環境変動総合研究センター), 主任研究員 (50467859)
田中 裕一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究部門長 (50357456)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アイスアルジー / 海氷減少 / セディメントトラップ / 生態系モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海氷底面（海水との境界面）に生息する珪藻類（アイスアルジー）に着目し，北極海における生息分布や基礎生産量の季節～数十年スケール変動および炭素循環における役割を明らかにする．北極海中央部では，アイスアルジーは動物プランクトンや底生生物の餌になることから，高次捕食者（端脚類やカイアシ類など）の生活史にとっても重要である．また夏季の海氷融解後には凝集したアイスアルジー由来の有機物粒子が海水中を高速で沈降することから，大気中の二酸化炭素を海洋中深層に隔離する働きも無視できない．このようにアイスアルジーは海氷域における海洋生態系や物質循環の観点からも鍵となる植物種である．北極海で近年急激に進行している海氷減少はアイスアルジーの動態に多大なインパクトを与え，食物連鎖を介してプランクトンや魚類・哺乳類・鳥類を含む生態系全体にも影響を及ぼすことが予想される．一方，海氷底面に生息しているという特徴から，人工衛星や船舶による観測が困難で不確定性が大きいのが課題である．そこで本研究では，北極海全域を対象とした数値モデリングと生物由来粒子を通年で捉えるセディメントトラップ係留系観測を融合させることで，海氷減少に直面するアイスアルジーの動態解明を目指している．本課題の２年目である2019年度は，様々な測器で構成された多項目係留系を太平洋側北極海に位置するノースウィンド深海平原（Station NAP18t）で回収し，時系列観測データの解析に着手した．また北極海研究の国際的な枠組みであるFAMOS (Forum for Arctic Modeling and Observational Synthesis) プロジェクトの下で，世界各国で開発されている海氷海洋生態系モデルで計算された年々変動実験結果を相互比較することで，アイスアルジーによる基礎生産量の時空間変動特性を不確定性も含めて明らかにした．
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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
海氷厚，海氷・海洋流速，クロロフィル（葉緑素）濃度，全粒子沈降量，窒素・炭素含有量，珪藻殻群集の時系列観測を通年で明らかにするために，超音波氷厚計IPS (Ice Profiling Sonar)，超音波多層流向流速計ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)，クロロフィルセンサー，セディメントトラップ一式で構成される海底設置型の多項目係留系観測をノースウィンド深海平原（Station NAP18t）で実施した．観測地点は海洋研究開発機構が2013-2014年に設置したStation NAP13tとほぼ同じである．１年目の設置作業は2018年秋に韓国極地研究所が運用する砕氷船「アラオン」に乗船して行った．翌2019年秋にアメリカ沿岸警備隊の砕氷船「ヒーリー」で回収作業を行ったが，厳しい海況などの制約があった関係で２年目データ取得のための係留系再設置はできなかった．これと並行して，周辺海域で過去に取得されたセディメントトラップ試料の分析も進めた．さらに北極海全域を対象とした海氷海洋物理モデルCOCO version 4.9に低次海氷海洋生態系モデルArctic NEMUROを結合させた水平25km格子の中解像度版で実施した長期変動実験の結果をFAMOSプロジェクトに参加しているアラスカ大学・ビクトリア大学・ワシントン大学のモデル出力と相互比較した．解析対象とした1980-2009年のアイスアルジー基礎生産量に着目すると，殆どのサブ海域およびモデルで統計的に有意なトレンドは生じておらず、安定した生息場所と海氷底面への十分な透過光のバランスが高い基礎生産に必要であることが定量的に示された．この知見を国際誌”Journal of Geophysical Research: Oceans”にて公表した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでと同様の仕様で構成された多項目係留系を再び同じノースウィンド深海平原に設置する準備を進めていく．また2019年秋に回収した係留系の各種データも含めて解析を進める．海氷厚は透過光や海氷-海洋間の物質交換，流速は水平輸送の評価に利用する．珪藻殻の群集解析に基づいてアイスアルジーの優占度を算出する．生態系モデリングに関しては，水平5km格子の高解像度版で2001年から直近までの年々変動実験を数多く実施し，上記の多項目係留系観測で得られる結果を海氷・海洋物理環境と生物地球化学的側面の双方から解釈していく．またタスマニア大学などのモデルグループと連携しながら，2100年までの将来予測実験を水平25km格子の中解像度版で実施し，北極海の海氷が夏季に消失するような状況下でのアイスアルジーの応答（運命）を定量的に評価していく予定である．
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