過去18年間の北極海における海洋酸性化の進行と生物への影響

• 研究課題/領域番号: 19K03970
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17020:大気水圏科学関連
• 研究機関: 東京海洋大学
• 研究代表者: 川合 美千代 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (50601382)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 海洋酸性化 / 北極海 / 酸性化 / 過飽和水 / 未飽和水 / 殻の状態 / 翼足類 / カナダ海盆

研究開始時の研究の概要

酸性化と温暖化が他の海よりも先んじて進行している北極海で，「人為起源の環境変化により，炭酸カルシウムの殻をもつ翼足類にとって殻の形成が困難となり，個体数の減少につながっている」ことを証明するため，北極海の翼足類の殻密度を測定し，水温や炭酸カルシウム飽和度，二酸化炭素濃度などの現場環境との比較を行う。翼足類のサンプルは過去に北極海の0-100m層で採取されたものに加えて，本研究で新たに数10mきざみの層別採取を行い，翼足類の生息深度と現場環境との詳細な関係を明らかにする。

研究成果の概要

人為起源二酸化炭素による海洋の酸性化が全球で進行しつつあるが，北極海は酸性化に対して特に脆弱な海域であるといわれている。本研究では、2003年以降毎夏行われてきた化学観測データを用いて，過去18年間にわたる北極海の酸性化の状況を調べた。その結果，炭酸カルシウム未飽和に達した海水が表層と亜表層の両方で体積を拡大していることが分かった。一方，その中間には過飽和な層の厚みはあまり変化していないことも分かった。さらに，北極海上層に生息するミジンウキマイマイの殻の多くは有機膜に保護されていて損傷を受けていないが，一部の個体では殻が溶解していることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人為起源CO2による海洋の酸性化が全球で進行しつつあり，生物への影響が懸念されている。北極海カナダ海盆は，ほかの海に先駆けて酸性化の影響が深刻化していると考えられている。本研究は，過去18年の観測データを解析し，カナダ海盆表層および亜表層において，酸性化により炭酸カルシウム未飽和に達した海水が表層と亜表層の両方で体積を拡大していることを明らかにした。また，現場の動物プランクトンを調査したところ，多くの個体の殻は正常であったが，一部の個体は殻の表層が溶解していることが分かった。これらの結果は，今後各地で進行する海洋酸性化の影響を予測するうえで重要な知見を与えるものである。

研究成果

• [国際共同研究] ウッズホール海洋研究所(米国)
• [国際共同研究] 海洋科学研究所(カナダ)
• [国際共同研究] 海洋科学研究所(カナダ)
• [国際共同研究] ウッズホール海洋研究所(米国)
• [国際共同研究] ビクトリア大学/海洋科学研究所(カナダ)
• [国際共同研究] Institute of Ocean Sciences, DFO/University of Victoria(カナダ)
• [国際共同研究] Woods Hole Oceanographic Institution(米国)
• [雑誌論文] 海洋学の10 年展望2021：極域 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai Michiyo、Tamura Takeshi、Watanabe Eiji、Nishioka Jun、Nomura Daiki、Makabe Ryusuke、Mizobata Kohei、Sayaka Yasunaka
  • 雑誌名: 海の研究 巻: 30 号: 5 ページ: 159-178
  • DOI: 10.5928/kaiyou.30.5_159
  • NAID: 130008131962
  • ISSN: 0916-8362, 2186-3105
  • 年月日: 2021-11-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ocean Acidification State in the Highly Eutrophic Tokyo Bay, Japan: Controls on Seasonal and Interannual Variability (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai Michiyo、Ito Soichiro、Kurihara Haruko、Kanda Jota
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 8 ページ: 642041-642041
  • DOI: 10.3389/fmars.2021.642041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Status and trends of Arctic Ocean environmental change and its impacts on marine biogeochemistry: Findings from the ArCS project (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Takashi、Nishino Shigeto、Fujiwara Amane、Onodera Jonaotaro、Yamamoto-Kawai Michiyo、Mizobata Kohei、Fukamachi Yasushi、Watanabe Eiji
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100639-100639
  • DOI: 10.1016/j.polar.2021.100639
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two Decades of Ocean Acidification in the Surface Waters of the Beaufort Gyre, Arctic Ocean: Effects of Sea Ice Melt and Retreat From 1997?2016 (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Y.、Yamamoto‐Kawai M.、Williams W.J.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 3 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1029/2019gl086421
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 北極海の海洋酸性化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川合 美千代、張 圓昕
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 53 号: 4 ページ: 173-182
  • DOI: 10.14934/chikyukagaku.53.173
  • NAID: 130007773187
  • ISSN: 0386-4073, 2188-5923
  • 年月日: 2019-12-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interannual Variability in the Absorption and Fluorescence Characteristics of Dissolved Organic Matter in the Canada Basin Polar Mixed Waters (2019)
  • 著者名/発表者名: Dainard P. G.、Gueguen C.、Yamamoto‐Kawai M.、Williams W. J.、Hutchings J. K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 124 号: 7 ページ: 5258-5269
  • DOI: 10.1029/2018jc014896
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variations in Rates of Biological Production in the Beaufort Gyre as the Arctic Changes: Rates From 2011 to 2016 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ji Brenda Y.、Sandwith Zoe O.、Williams William J.、Diaconescu Oana、Ji Rubao、Li Yun、Van Scoy Emma、Yamamoto‐Kawai Michiyo、Zimmermann Sarah、Stanley Rachel H. R.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 124 号: 6 ページ: 3628-3644
  • DOI: 10.1029/2018jc014805
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of the Beaufort Gyre freshwater content in 2003-2018 (2019)
  • 著者名/発表者名: Proshutinsky, A., R. Krishfield, J. Toole, M.-L. Timmermans, W. Williams, S. Zimmerman, M. Yamamoto-Kawai, T. W. K. Armitage, D. Dukhovskoy, E. Golubeva, G. E. Manucharyan, G. Platov, E. Watanabe, T. Kikuchi, S. Nishino, M. Itoh, S.-H. Kang, K.-H. Cho, K. Tateyama, and J. Zhao
  • 雑誌名: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH - Oceans 巻: 124 号: 12 ページ: 9658-9689
  • DOI: 10.1029/2019jc015281
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Surface and subsurface progress of ocean acidification in the Canada Basin of the Arctic Ocean from 2003 to 2019 (2023)
  • 著者名/発表者名: Michiyo Yamamoto-Kawai, Haruka Tsujimoto and Yuanxin Zhang
  • 学会等名: Japan Geophysical Union annual meeting
• [学会発表] Changes in biogeochemical properties in halocline layers of the Canada Basin from 2003 to 2020 (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai, M., H. Tsujimoto, Y. Zhang, S. Zimmermann and W. Williams
  • 学会等名: The Changing Beaufort Gyre workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal variation in nutrient concentration of the Pacific-origin water from the Chukchi Sea to the Canada Basin (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai, M, and M. Itoh
  • 学会等名: International Symposium on Arctic Research 7 (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal changes in physical and biogeochemical properties of halocline waters in the Canada Basin (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsujimoto, H., M. Yamamoto-Kawai, W. Williams
  • 学会等名: International Symposium on Arctic Research 7 (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] How Much can Riverine Biogeochemical Fluxes Affect the Ocean Acidification in Arctic Seas (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Y., M. Yamamoto-Kawai, E. Watanabe
  • 学会等名: Arctic Science Summit Week (ASSW) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Impacts of Riverine Carbon and Nutrient Delivery on Arctic Ocean Acidification (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuanxin Zhang, Michiyo Yamamoto-Kawai, Eiji Watanabe
  • 学会等名: JpGU
  • 国際学会
• [学会発表] Distribution and shell condition of Limacina helicina in aragonite unsaturated waters of the Canada Basin (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai, M., M. Seo and K. Kimoto
  • 学会等名: ESSAS
  • 国際学会
• [学会発表] Zhang Yuanxin, Michiyo Yamamoto-Kawai, and Eiji Watanabe (2021)
  • 著者名/発表者名: Impacts of riverine carbon and nutrient delivery on Arctic Ocean acidification
  • 学会等名: ESSAS
  • 国際学会
• [学会発表] Spreading of aragonite undersaturated water in the Canada Basin of the Arctic Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsujimoto Haruka, Michiyo Yamamoto-Kawai, Yuanxin Zhang
  • 学会等名: JpGU
  • 国際学会
• [学会発表] How much can riverine biogeochemical fluxes affect the Arctic Ocean Acidification? (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Y., M. Yamamoto-Kawai, E. Watanabe
  • 学会等名: 日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] Changes in biogeochemical properties of the Canada Basin, Arctic Ocean (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto-Kawai, M
  • 学会等名: JpGU online
  • 招待講演
• [学会発表] Changes in subsurface chlorophyll-a maximum in the Canada Basin, 2003-2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kumakawa, S. and M. Yamamoto-Kawai
  • 学会等名: The 10th Symposium on Polar Science
  • 国際学会