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

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H04349
• Allocation Type: Single-year Grants
• 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
• Keywords: 海洋環境変動 / 海洋酸性化 / 海洋環境評価

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 Shigeyoshi、Hou Yunxuan、Wakita Masahide、Yamashita Youhei、Nishioka Jun、Obata Hajime、Miyairi Yosuke、Yokoyama Yusuke、Ogawa Hiroshi
  • Journal Title: Journal of Coastal Research Volume: 116 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 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 Pages: -
  • DOI: 10.3389/feart.2023.1176889
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [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: