Behavior and function of dissolved organic matter in the northwestern Pacific Ocean discovered by radiocarbon age

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04260
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 乙坂 重嘉 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (40370374)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 浩史 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50260518) ; 脇田 昌英 国立研究開発法人海洋研究開発機構, むつ研究所, 技術研究員 (30415989)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 海水 / 溶存有機物 / 炭素循環 / 放射性炭素 / 環境変動

Outline of Annual Research Achievements

海水中の溶存有機物は、大気から吸収した炭素を一万年以上にわたって安定に海洋内部に貯留することが明らかにされている。しかしながら、実海域における溶存有機物の生成・輸送・分解の速度の情報は乏しい。本研究では、北西部北太平洋及びその縁辺海域において、海水中の溶存有機物の放射性炭素（DOC-14）同位体比から算出される年代を定量し、溶存有機物の濃度分布の情報に、その動態のとなる時間の情報を加えたマップを作成することを第一の目的としている。加えて、2000年代より継続している時系列観測の結果を踏まえ、海水中DOC-14同位体比の近年（概ね過去15年）における変化傾向の有無を調査する。有意な変化がみられる場合は、近年の環境摂動が海洋における「微生物炭素ポンプ」に与える影響の抽出・評価を第二の目的としている。
2019年度は、前年度までに開発した溶存有機物分析システムを、乙坂の転任先である東京大学大気海洋研究所に整備した。新たに、分析フローを並列化し、海水試料の前処理のための時間を従来の約2/3とするよう改良した。また、使用する部品の管理プロトコルを導入し、汚染度が低くなるようにした。一連のシステムの導入と動作試験、分析スタッフの技術習得を実施後、2014年から2017年までの学術研究船「白鳳丸」の研究航海で採取した北太平洋の海水試料の分析を開始した。
分析システムの整備と並行して、研究代表者、分担者が計3回の調査航海に参加し、北西太平洋、南東太平洋、及び日本海における計7観測点で海水試料を採取した。DOC-14分析用試料採取に加えて、水温・塩分・栄養塩濃度等の海洋学データ取得や、有機物特性データ解析のための試料採取を実施し、各グループで分析を開始した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

初年度である2019年度は、下記の3項目について研究を進めた。
(1) 溶存有機物分析システムの高度化と運用開始：　平成31年度までに乙坂・小川が独自に開発した低汚染DOC-14抽出装置を、乙坂の転任先である東京大学大気海洋研究所に設置し、同研究所に設置されているシングルステージ加速器質量分析装置との組み合わせた一連の分析システムを整備し、条件を検討した。さらに、従前に比べて海水試料の前処理のための時間を従来の約2/3とするための分析フローの並列化、汚染度低価のための作業プロトコルの導入、新規分析スタッフの技術習得、を実施した。
(2) 既取得試料の分析：　特に優先度の高い北西太平洋外洋域での海水中のDOC-14分析を開始した。当該海域は、全球的な深層海水循環の終着域として知られる海域、すなわち、大気中の二酸化炭素が大気から隔離されてからの経過時間が最も長い海域である。海洋深層での時間の経過とともに溶存有機物の分解が進むため、深層海水中の溶存有機物濃度が最も低い海域でもある。同海域におけるDOCの放射性炭素年代は約6,400年であった。全球的にみて最も分解度の高いDOCの分布域を特定するとともに、そこでのDOCの特性を明らかにした。
(3) 北西部および南東部太平洋と日本海における海洋観測と海水試料の採取：　分析システムの整備と並行して、2019年5月には脇田が研究船「みらい」による北西部北太平洋における時系列定点K2での観測を、7月には練習船「おしょろ丸」による日本海の観測を、11月に小川が学術研究船「白鳳丸」による東部太平洋の断面観測をそれぞれ実施し、米国のグループとの相互比較のための観測点を含む計7観測点で海水試料を採取した。DOC-14分析用試料採取に加えて、水温・塩分・栄養塩濃度等の海洋学データや、有機物特性データ解析のための試料を採取し、分析を開始した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、（1）既取得試料の継続的な分析によるDOC-14分布マップを拡充、（２）北西太平洋亜寒帯域におけるDOC-14分布の速報、（３）インド洋等における新規海水試料の採取、および（４）北西太平洋亜寒帯域における環境変動傾向の解析を実施する。
（１）においては、2019年度に拡充・整備したDOC-14システムを活用し、海水中のDOC-14分析を継続する。特に北太平洋亜寒帯域を中心とする、ベーリング海・日本海で得た海水分析を進める。海水試料のDOC-14分析は、乙坂が中心となって小川と分担して実施する。海水中の溶存有機物濃度分析は小川と脇田が担当する。
（２）においては、優先度の高いいくつかの北西太平洋外洋域の観測点について、海水中DOC-14分析を終えている。これらの結果からDOC-14分布を概観し、世界に先駆けて公表する。データのとりまとめは乙坂が担当する。
（３）においては、学術調査船「白鳳丸」によるインド洋での調査航海において、海水試料を採取する。同海域は、特に亜熱帯域での有機物および親有機物性物質の循環を考えるうえで特に重要である一方で、DOC-14データの空白域となっている。これらの海域において特に重要と考えられる観測線を精選し、DOC-14分布マップを拡充させる。試料採取は、乙坂、あるいは乙坂の研究室に所属の協力者（大学院生）が実施する。
（４）においては、北西太平洋亜寒帯域における時系列定点で採取した海水中のDOC-14同位体比に加えて、DOC濃度、栄養塩等の化学パラメータの2000年代から最近までのデータを比較し、その変化の傾向の抽出を試みる。時系列データの解析及び変動傾向の抽出は脇田が、溶存有機物の特性の時間変化の解析は小川がそれぞれ実施する。状況に応じて、海洋地球観測船「みらい」の航海に脇田が参加し、同時系列観測点における最新のデータ・試料を採取する。