海洋における温室効果気体の形成・除去の実験的研究

• 研究課題/領域番号: 05044049
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 半田 暢彦 名古屋大学, 大気水圏科学研究所, 教授 (00022559)
• 研究分担者: 唐 森銘 中国国家海洋局, 第3海洋研究所, 研究員 ; PARSONS T.R. ブリテイッシュコロンビア大学, 海洋学部, 教授 ; WONG C.S. カナダ海洋水産庁, 海洋研究所, 研究部長 ; 工藤 栄 国立極地研究所, 北極圏環境研究センター, 助手 (40221931) ; 小池 勲夫 (小池 勳夫) 東京大学, 海洋研究所, 教授 (30107453) ; 高橋 正征 東京大学, 大学院・理学系研究科・理学部, 助教授 (50111357) ; 中塚 武 名古屋大学, 大気水圏科学研究所, 助手 (60242880) ; 濱 健夫 名古屋大学, 大気水圏科学研究所, 助手 (30156385) ; 松本 英二 名古屋大学, 大気水圏科学研究所, 教授 (30199864) ; TANG Sen-ming Third Natl.Inst.Oceanogr., China, Res.Scientist
• 研究期間 (年度): 1993 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 12,250千円 (直接経費: 12,250千円); 1994年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 1993年度: 7,250千円 (直接経費: 7,250千円)
• キーワード: 中規模閉鎖系 / 温室効果気体 / 硫化ジメチル / メタン / 一酸化二窒素 / 植物プランクトン / 脂肪酸 / 溶存態有機物 / 中規模閉鎖系実験 / 二酸化炭素 / 栄養塩

研究概要

二酸化炭素ともに、メタン、一酸化二窒素および硫化ジメチルは、地球を取り巻く大気環境に大きな影響を与えるものとして、その発生機構、量的評価に大きな期待が寄せられている。メタンおよび一酸化二窒素が、地球大気の上昇に関してプラス効果を持つのに対して、硫化ジメチルは、雲核形成に関連して、むしろマイナス効果を発揮する。地球大気の温室効果としては、相反する特性を持つこれらの気体は、海洋の生物物活動によって発生することは、すでに実験室スケールでは知られている。しかし、海洋の生物活動との関連性に関する詳細には、いまだに不明な点が多い。
本研究は、実験室と外洋との中間的規模を持ち、化学環境を自由に制御できる中規模閉鎖系を取り上げ、
1.栄養塩添加後に発生する植物プランクトンブルームの発達と衰退にともなう地球大気環境の変動に関連するこれらの気体(温室効果としては、プラスおよびマイナス特性をもつ気体)の発生量の変動を把握すること、
2.植物プランクトンの光合成活性の変動(増大と衰退)に伴う、海水中の二酸化炭素分圧および炭素循環系の変動特性を把握することを目的とした。
中規模閉鎖系実験
カナダ海洋水産庁海洋研究所に隣接したパトリシア湾に実験水域を設け、大型プラスチックバックによって海水を隔離し、中規模閉鎖系を作成した。これに、栄養塩(硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩)を添加し、植物プランクトンの増殖を促した。栄養塩添加後、1カ月にわたり、1〜2日毎に海水の物理・化学パラメーター、植物プランクトン現存量の変動を観測した。また、懸濁粒子および海水試料を採集し、化学成分の分析に供した。
これらの観測研究を通して、以下の結果を得た。
1)植物プランクトン現存量の変動
中規模閉鎖系内における植物プランクトンは、栄養塩添加とともに増殖を開始し、その現存量は栄養塩添加後数日にして極大値を示した。その後は、栄養塩の枯渇と共に植物プランクトン現存量は減少し、一定の値を取った。したがって、植物プランクトンブルームを人工的に再現できたものと言える。この間における窒素収支の結果は、添加した硝酸態窒素がほぼ定量的に有機化され、さらに一部は分解されてアンモニア態窒素の変化していることを認めた。
懸濁粒子中のカロチノイド色素に関する分析結果は、植物プランクトン組成が、実験した1カ月間で大きく変動し、優先種がケイ藻から鞭毛藻への遷移しする事を認めた。この遷移を支配する要素は、栄養塩濃度、特に硝酸態窒素濃度の変動によることを見出した。
また、植物プランクトン細胞成分の主要構成分である脂肪酸組成の変動は、その増殖段階(相)を示す指標性物質になることを見出した。
2)温室効果気体の発生と消滅
硫化ジメチル現存量は、植物プランクトン現存量の増加と共に増加し、植物プランクトンがその起源であることを示した。特に、植物プランクトン組成変動を考慮すると、その起源は鞭毛藻と円石藻であると結論された。このことは、海洋表層の植物プランクトン現存量の多い高緯度海域、特に東部北太平洋海域が、硫化ジメチル発生海域として大変重要であることを示唆する。
メタン、一酸化二窒素の発生は極めて少なく、植物プランクトンから直接発生する可能性は少ないと結論された。
3)植物プランクトンからの溶存態有機物の排出
植物プランクトン現存量の増加と共に、海水中の溶存態有機炭素も顕著な増加を示した。特に、増加する有機物のうち、最大50%は脂肪酸、アミノ酸・タンパク質とからなることを認めた。この結果、これらの有機物は、植物プランクトンの増殖にともなって、植物プランクトン細胞から直接海水中に排出したものと推定される。この点については、炭素安定同位体をトレーサーとして検討中である。

研究成果

• [文献書誌] Handa,N.and K.suzuki: "Distribution of phytoplankton pigments in the Equatorial Pacific in 1990-1991." Deep-Sea Res.(in press). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sawada,K.and N.Handa: "Long-chain alkenon and alkanoic acid ethyl ester in several species of Coccolithophorid." Organic Geochem.(in press). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sawada,K.and N.Handa: "Variation of surface water temperature in the Izu-Ogasawara Islands area last 6,000yrs." Paleooceanography. (to be submitted). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Handa, N.and K.Suzuki: "Distribution of Phytoplankton pigments in the Equatorial Pacific in 1990-1991." Deep-Sea Res.(in press). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sawada, K.and N.Handa: "Long-chain alkenon and alkanoic acid cthyl ester in several species of Coccolithophorid." Organic Geochem.(in press). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sawada, K.and N.Handa: "Variation of surface water temperature in the Izu-Ogasawara Islands area last 6,000yrs." Paleooceanography. (to be submitted). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Handa,N.et al.: "Vertical Fluxes of Organic Materials in the Northern North West Pacific and Breid Bay,Antarctica,with Special Reference in the Effect of PhytoplanktonBloom" Deep Ocean Circulation,Physical and Chemical Aspects. 221-233 (1993)
• [文献書誌] Ishiwatari,R.et al.: "Organic Composition of Sinking particles (JT-01) in Japan Trench as Revealed by Pyrolysis Gas Chromatography/Mass Spectrometry" Deep Ocean Circulation,Physical and Chemical Aspects. 235-252 (1993)
• [文献書誌] Fukuchi,M.et al.: "Temporal Variability of Particulate Flux in the Northern Bering Sea" Continental Shelf Research. 13. 693-704 (1993)
• [文献書誌] Hama,T.et al.: "^<13>C Tracer Methodology in Microbial Ecology with Special Reference to Primary Production Processes in Aquatic Environments" Advances in Microbial Ecology. 13. 39-83 (1993)
• [文献書誌] 半田 暢彦: "海も汚れていく「一億人の化学-どうする地球環境」" 大日本図書(日本化学会編), 216 (1993)