大気から南大洋域へ供給される生物に利用可能な鉄の変動要因の解明

• 研究課題/領域番号: 16K00530
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境動態解析
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 伊藤 彰記 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 気候モデル高度化研究プロジェクトチーム, 主任研究員 (00419144)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 地球環境変化 / 大気化学輸送モデル / 人為起源鉄 / 溶存鉄 / 鉄溶解率 / 大気由来の水溶性鉄沈着 / 燃焼起源エアロゾル / 鉱物起源エアロゾル / 全球エアロゾル化学輸送モデル / ダスト発生スキーム / 土壌水分量 / 植生被覆率 / 地球変動予測 / 大気現象 / 地球化学 / 大気化学 / 物質循環モデリング

研究成果の概要

本研究では、複数の数値モデルによる予測結果と観測データを組み合わせて、統計的な解析を行い、海洋大気中で観測された高い鉄溶解率に関する謎の解明を試みた。
その結果、エアロゾル中の高い酸性度による人為起源鉄の溶出速度増加を予測した数値モデルが、鉄溶解率の高さや変動を最もよく再現していることが明らかにされた。本結果から、大気汚染に由来するエアロゾルでは、高い酸性度の溶液中で光化学反応によって人為起源鉄が水に溶けやすい性質に変化していることを示した。また、従来考えられていた自然起源の酸化鉄とは異なる人為起源の酸化鉄が、陸から遠く離れた海洋生態系へ栄養塩をもたらす重要な役割を果たすことを示唆した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今後、人間活動による化石燃焼の燃焼が植物プランクトン（一次生産者）を起点とした食物連鎖（海洋生態系）へ与える影響を評価し、より有効な海洋環境保全策へ貢献することが期待される。さらに、本研究で得られた知見は、既存の大気・海洋生態系間の相互作用を考慮に入れた地球システムモデルの生物地球化学と気候の相互作用における改善を迫る重要な成果である。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Rutgers University/Florida State University(米国)
• [国際共同研究] University of East Anglia(英国)
• [国際共同研究] Utrecht University(オランダ)
• [国際共同研究] National Observatory of Athens/University of Crete/Foundation for Research and Technology(ギリシャ)
• [国際共同研究] Physical Research Laboratory(インド)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Pacific Northwest National Laboratory/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学(米国)
• [雑誌論文] Pyrogenic iron: The missing link to high iron solubility in aerosols (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., S. Myriokefalitakis, M. Kanakidou, N. M. Mahowald, R. A. Scanza, D. S. Hamilton, A. R. Baker, T. Jickells, M. Sarin, S. Bikkina, Y. Gao, R. U. Shelley, C. S. Buck, W. M. Landing, A. R. Bowie, M. M. G. Perron, C. Guieu, N. Meskhidze, M. S. Johnson, Y. Feng, J. F. Kok, A. Nenes, R. A. Duce
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau7671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reviews and syntheses: the GESAMP atmospheric iron deposition model intercomparison study (2018)
  • 著者名/発表者名: Myriokefalitakis, S., A. Ito, M. Kanakidou, A. Nenes, M. C., Krol, N. M. Mahowald, R. A. Scanza, D. S. Hamilton, M. S. Johnson, N. Meskhidze, J. F. Kok, C. Guieu, A. R. Baker, T. D. Jickells, M. M. Sarin, S. Bikkina, R. Shelley, A. Bowie, M. M. G. Perron and R. A. Duce
  • 雑誌名: Biogeosciences 巻: 15 号: 21 ページ: 6659-6684
  • DOI: 10.5194/bg-15-6659-2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radiative forcing by light-absorbing aerosols of pyrogenetic iron oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Lin Guangxing、Penner Joyce E.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 7347-7347
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25756-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Do dust emissions from sparsely vegetated regions dominate atmospheric iron supply to the Southern Ocean? (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., and J. F. Kok
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research Atmosphere 巻: 122 号: 7 ページ: 3987-4002
  • DOI: 10.1002/2016jd025939
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Impacts of acidity on atmospheric Fe input to ocean biogeochemical cycles (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: Goldschmidt 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atmospheric modeling studies of iron speciation: Problems and challenges in future studies (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: Identifying and Characterizing the Processes Controlling Iron Speciation and Residence Time at the Atmosphere-Ocean Interface
  • 招待講演
• [学会発表] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to the ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Akitomo Yamamoto, Michio Watanabe, Maki Noguchi Aita, Jan-Berend W. Stuut
  • 学会等名: 2018 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to ocean ecosystem model (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.Ito, A., Jan-Berend W. Stuut, Akitomo Yamamoto, Michio Watanabe, Maki Noguchi Aita, Li Chuxian, Stephanie Arcusa, Navjit Sagoo, Zahra Hoseini, Charles Gonzales, Francois De Vleeschouwer
  • 学会等名: International conference on aeolian research 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Aerosol radiative forcing of pyrogenetic iron oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., G. Lin, and J. E. Penner
  • 学会等名: IGAC 15th International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] エアロゾル中における鉄への燃焼起源の寄与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、Stelios Myriokefalitakis, Maria Kanakidou, Natalie Mahowald, Rachel Scanza, Alex Baker, Tim Jickells, Manmohan Sarin, Srinivas Bikkina, Yuan Gao, Rachel Shelley, Clifton Buck, William Landing, Andrew Bowie, Morgane Perron, Nicholas Meskhidze, Matthew Johnson, Yan Feng, Robert Duce
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Atmospheric modeling studies of labile iron in modern day (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: PAGES-DICE workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大気中の鉄と有機態窒素：研究プロジェクト（GESAMP & DICE）における大気化学輸送モデルの果たす役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記
  • 学会等名: 日本エアロゾル学会、海洋大気エアロゾル研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] The GESAMP global model intercomparison: Evaluation of labile iron in aerosols (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., S. Myriokefalitakis, M. Kanakidou, N. Mahowald, R. A. Scanza, A. Baker, T. Jickells, M. Sarin, S. Bikkina, Y. Gao, R. Shelley, C. Buck, W. Landing, A. Bowie, M. Perron, N. Meskhidze, M. Johnson, Y. Feng, R. Duce
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evaluation of labile iron formation in the atmosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., S. Myriokefalitakis, M. Kanakidou, N. Mahowald, R. A. Scanza, A. Baker, T. Jickells, M. Sarin, S. Bikkina, Y. Gao, R. Shelley, C. Buck, W. Landing, A. Bowie, M. Perron, N. Meskhidze, M. Johnson, Y. Feng, R. Duce
  • 学会等名: 2018 Ocean Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Mineral traveling from land to ocean through atmosphere: Atmospheric chemistry is Iron Chef (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: School seminar
  • 発表場所: University of Birmingham (Birmingham, United Kingdom)
  • 年月日: 2017-03-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Model schemes for simulating the influence of acidity of nutrient / trace metal solubility (2017)
  • 著者名/発表者名: Nenes, A., A. Ito
  • 学会等名: GESAMP WG38 Workshop
  • 発表場所: University of East Anglia (Norwich, United Kingdom)
  • 年月日: 2017-02-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evaluation of labile iron processing in atmospheric models (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., S. Myriokefalitakis, M. Kanakidou, N. Mahowald, R. A. Scanza, A. Baker, T. Jickells, M. Sarin, S. Bikkina, Y. Gao, R. Shelley, C. Buck, W. Landing, A. Bowie, M. Perron, N. Meskhidze, M. Johnson, Y. Feng, R. Duce
  • 学会等名: Goldschmidt 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Radiative forcing of iron oxides from combustion sources, (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., G. Lin, and J. E. Penner
  • 学会等名: 2017 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 燃焼発生源の酸化鉄による放射強制力 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Lin Guangxing、Penner Joyce E.
  • 学会等名: 第23回大気化学討論会
• [学会発表] GESAMP全球モデル相互比較：大気中における不安定鉄生成過程の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、Myriokefalitakis Stelios、Kanakidou Maria、Mahowald Natalie、Baker Alex、Jickells Tim、Sarin Manmohan、Bikkina Srinivas、Gao Yuan、Shelley Rachel、Buck Clifton、Landing William、Bowie Andrew、Perron Morgane、Meskhidze Nicholas、Johnson Matthew、Feng Yan、Duce Robert
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会年会
• [学会発表] Global modeling study of dust source and soluble Fe input to the Southern Ocean (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., J. F. Kok
  • 学会等名: 2016 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, California, USA)
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial and Seasonal Variability in Soluble Iron Deposition and Contribution to Sea-surface Iron Distributions (2016)
  • 著者名/発表者名: Feng Y., B. Drewniak, A. Ito
  • 学会等名: 2016 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, California, USA)
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] 南大洋域へ供給される鉱物エアロゾルに関する全球エアロゾル化学輸送モデル解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Kok Jasper F.
  • 学会等名: 日本気象学会2016年度秋季大会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2016-10-28
• [学会発表] Global modeling study of dust source and soluble Fe input to the Southern Ocean (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., J. F. Kok
  • 学会等名: IGAC 14th International Conference
  • 発表場所: The Beaver Run Resort & Conference Center (Breckenridge, Colorado, USA)
  • 年月日: 2016-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Global modeling study of dust source and Fe input to the Southern Ocean (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., J. F. Kok
  • 学会等名: Goldschmidt 2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] 南大洋域における海洋生態系へ供給される鉄起源としての鉱物エアロゾル (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Kok Jasper F.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2016-05-23
• [備考] 人間活動により放出された鉄粒子は大気汚染の影響で海水へ溶けやすくなる
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20190502/
• [備考] 「排出インベントリ」で、見過ごされてきた大気汚染物質の大気加熱効果を推定
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/iccp/j/topics/20180605/