Development of a new method for trace element measurement within diatom frustules using cathodoluminescence

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19863
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 長島 佳菜 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), 研究員 (90426289)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉江 恒二 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), 研究員 (00555261)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2022-03-31
• Keywords: カソードルミネッセンス / 珪藻殻 / 微量元素 / 鉄 / アルミニウム

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに行った、北太平洋や縁辺海にかけて広く生息する珪藻種（Actinocyclus curvatulus）の殻のカソードルミネッセンス（CL）分析の結果、黒潮域、オホーツク海のセジメントトラップ試料や海水試料等から得られた珪藻殻は、Fe3＋に起因すると報告されている（Stevens-Kalceff et al., 1997）1.7eV付近の発光が卓越し、北西太平洋亜寒帯域から得られた珪藻殻は検出されないことが分かった。この結果が、珪藻の殻形成時の栄養塩環境の違いを反映するものなのか（鉄の不足が生物基礎生産を律速しているとされる北太平洋亜寒帯域とそれ以外の海域とで鉄の濃度の違いに起因していうるか）それとも全く別の要因、例えば水温等を反映しているのかを検証するため、本年度は鉄濃度を変えた海水での珪藻培養実験を行った。具体的には、海洋研究機構岸壁から採取した珪藻（未同定、Thalassiosira属の近縁と思われる）を用いて、EDTAから乖離する溶存無機態の鉄（Fe'）の濃度を5段階（45～900 pmol/L）に調節した海水中での培養を行った。珪藻の比増殖速度はFe’の上昇と共に増加した。5段階の異なる鉄濃度環境で培養した珪藻の殻はCL分析に用いる予定であるが、新型コロナウイルス感染症に関連した米国からの部品納入遅れに伴うCL装置不良によって、測定は次年度に持ち越しされた。
一方、培養実験とCL分析とで得られる、鉄濃度と珪藻殻のCL発光強度との関係を、実際の海洋で採取した珪藻で検証するため、2021年2-3月の海洋調査航海MR21-01に参加し、西部北太平洋の亜熱帯～亜寒帯域から海水と珪藻の採取を同時に行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

異なる鉄濃度に調整した海水で培養を行った珪藻の殻を用いて、CL分析を行う予定であったが、本年度初めにCL装置の不良が発生し、修理に必要な部品のアメリカからの調達が、新型コロナウイルス感染症の流行に関連して遅れ、実際の修理が行われたのは11月末になった。そのため、本年度内でのマシンタイムの確保が難しく、培養実験の珪藻殻のCL分析は次年度前半に行うこととなった。

Strategy for Future Research Activity

今後は、鉄濃度を変えた培養実験で得られた珪藻の殻を用いてCL分析を行い、CL発光強度と海水中の溶存鉄濃度との関係を明らかにする。さらに、この関係が実際の海洋で成り立っているのかどうかを、MR21-01航海で西部北太平洋亜熱帯～亜寒帯域の複数地点で採取した海水の鉄濃度分析と珪藻殻のCL分析から検証する。これらの関係性に基づき、堆積物等に含まれる珪藻殻のCLスペクトルから過去の海洋環境を復元する新たな方法を確立する。

Causes of Carryover

CL装置の修理の遅れから、CL分析は次年度前半に行うこととなった。そこで繰越金は、分析に必要な各種消耗品の購入に充てる予定である。