2020 Fiscal Year Annual Research Report
Behavior and function of dissolved organic matter in the northwestern Pacific Ocean discovered by radiocarbon age
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19H04260
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
乙坂 重嘉 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (40370374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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), 研究員 (30415989)
小川 浩史 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50260518)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 海水 / 溶存有機物 / 放射性炭素 / 炭素循環 / 環境変動 |
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| 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。
2020年度は、前年度までに東大大気海洋研究所（千葉県柏市）に整備した低汚染DOC-14抽出装置と、同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を組み合わせた一連の分析システムを用いて、北西太平洋およびその縁辺海における試料前処理を進めた。
同海域は、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。一方で、その中層（概ね水深200m～1000m程度）では、鉄などの海洋生物の生産に必要な栄養物質が溶存有機物とともに水平的に運ばれていることが知られている。この海域における海水試料中のDOC-14情報に、水温・塩分・栄養塩濃度等の海洋学データや、有機物濃度データを統合して解析を進めた結果、北太平洋中層水におけるDOC-14同位体比の情報が、DOCの供給域や、中層水中での輸送時間を推定するためのトレーサーとして活用できることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度までに東大大気海洋研究所（千葉県柏市）に整備した低汚染DOC-14抽出装置と、同所に設置しされているシングルステージ加速器質量分析装置を組み合わせた一連の分析システムを用いて、北西太平洋およびその縁辺海（亜寒帯循環域、日本海、オホーツク海、ベーリング海）における試料前処理を進めた。
北西北太平洋亜寒帯域の観測点K2（北緯46.9度、東経160.0度）におけるDOC-14同位体比（Delta-14C値）は、-290から-480 ‰で、表層で高く、深さとともに減少した。深層水中のDOC-14同位体比に基づいて算出したC-14年代値（4924年）は、Druffel and Griffin (2016) が示すDOC濃度とC-14年代の関係式に基づいて算出したC-14年代値（4932年）とよく一致した。このことは、この海域の深層におけるDOC-14同位体比は、海洋大循環に伴う長期にわたるDOCの深海での滞留によって決定づけられていると推測された。
海水中のDOC-14同位体比とDOC濃度の逆数の関係（混合線）は、全体として、前述の低いDOC-14同位体比を持つ深層水と、高いDOC-14同位体比を持つ表層海水の混合で表すことができた。一方で、北太平洋中層水の下部（L-NPIW/ Lower North Pacific Intermediate Water: 水深500 m、ポテンシャル密度σθ= 27.2）として定義される海水のみ、この混合曲線に比べて約20‰高いDOC-14同位体比を示した。さらに、その約300m下層の海水では、混合曲線に比べてDOC-14同位体比が20‰低かった。これらのことは、L-NPIW層においてDOCは、縁辺海や海洋表層から運ばれる比較的低年齢のDOCと、深層海水を由来とする高年齢のDOCが、層状に水平輸送されていることが浮き彫りとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、主として（1）前年度までに採取した海水試料の分析、（２）北西太平洋亜寒帯域におけるDOC-14分布の決定因子解析、および（３）北西太平洋亜寒帯域における環境変動傾向の解析を継続する。
（１）においては、2020年度までに、ベーリング海・日本海で得た海水分析の大部分が終了しており、2021年度は北太平洋亜寒帯域におけるDOC-14同位体比の経年変化解析のための分析を中心に実施する、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、2020年度に未達となっている上記のDOC-14分析結果の速報と、特に北西太平洋の中層におけるDOC-14同位体比を決定すると考えられる海水の供給源（縁辺海の陸棚域）とその寄与の推定を行うとともに、溶存有機物が同海域の物質循環に及ぼす役割について解析を進める。データのとりまとめは乙坂が担当する。
（３）においては、2020年度に引き続き、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進める。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。
また、これまでの調査で、海水中にごくわずかに含まれる人為起源（特に石油起源）炭素の影響により、海水中のDOC-14同位体比が顕著に変動することがわかってきた。この特徴を、人為起源炭素の海洋環境への影響を検出するための高感度なツールとしての活用の可能性を検討するため、表層から中層を中心とした海洋観測を進める。
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