太平洋域に供給される生物に利用可能な鉄の起源：人為起源鉄の影響解明

• 研究課題/領域番号: 20H04329
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 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, 地球環境部門(環境変動予測研究センター), 主任研究員 (00419144)
• 研究分担者: 宮川 拓真 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), 副主任研究員 (30707568)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 人為起源鉄 / 自然起源鉄 / 海洋施肥 / 地球環境変化 / 鉱物ダスト / エアロゾル / 多元素 / 地球環境 / エアロゾル化学 / 森林火災 / エアロゾル化学モデル / 多元素同時測定 / 鉱物起源エアロゾル

研究開始時の研究の概要

近年の東アジア・オセアニア域における産業活動の急速な発展により、大気から海洋へと供給される生物に利用可能な鉄が増加し、海洋生態系へ影響を与えることが懸念される。しかし、これまでの数値予測では、太平洋域において観測された水溶性鉄濃度を過小評価している。本課題では、太平洋域に着目し、大気から海洋表層へと人間活動に伴い供給される溶存鉄量がどのような要因で変動するのかを解明する。本課題では、発生源の異なるエアロゾルが海洋表層の溶存鉄供給量へ与える寄与率を算出する。このような取り組みから、国際研究プロジェクトをリードする学術的知見を創出する。

研究成果の概要

全球大気化学輸送モデルを用いた予測結果と長崎県五島列島の一つである福江島における大気観測データおよび様々な海域における観測データを統計的に解析した。その結果、大気汚染の対策不足により製錬過程で二酸化硫黄と一緒に大気中へ放出される人為起源鉄は、南大洋域への溶存鉄供給にとって重要な役割を果たすことを明らかにした。
本研究結果は、鉱物資源開発に伴う大気への化学物質の排出は、健康被害をもたらす一方で、海洋生態系へ栄養塩をもたらすことを示唆しており、今後国際共同研究による海洋環境保全策の検討へ貢献するものとも期待される。また、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成果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今回の研究成果は、新たな知見をもたらすものだけではなく、製錬過程由来の溶存鉄は、エアロゾルの形で大気を通して輸送され、南大洋の海域に供給されている可能性を示した。
製錬過程で排出されるエアロゾルは、大気汚染防止の観点からは排出量を抑制することが重要であるが、その結果が漁獲量の低下をもたらし、深刻な食糧不足を助長するとしたら、そうした点も十分に考慮した上で対策を実施することが必要となる。

研究成果

• [国際共同研究] University of California/NASA Goddard Space Flight Center/Cornell University(米国)
• [国際共同研究] University of Leeds/University of Reading/University of Birmingham(英国)
• [国際共同研究] NIOZ-Royal Netherlands Institute/Vrije Universiteit Amsterdam(オランダ)
• [国際共同研究] Karlsruher Institut for Technologie/Leibniz Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] LISA/Univ. Lille/IPSL(フランス)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Alfred Wegener Institute/Leibniz Institute/Institute of Meteorology(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Birmingham/University of East Anglia(英国)
• [国際共同研究] University of California/NASA Goddard Space Flight Center/Cornell University(米国)
• [国際共同研究] LSCE/IPSL(フランス)
• [国際共同研究] BSC(スペイン)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] University of Tasmania(オーストラリア)
• [国際共同研究] Ocean University of China(中国)
• [国際共同研究] University of East Anglia(英国)
• [雑誌論文] Aerosol Iron from Metal Production as a Secondary Source of Bioaccessible Iron (2023)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Miyakawa Takuma
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 57 号: 10 ページ: 4091-4100
  • DOI: 10.1021/acs.est.2c06472
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Marine aerosol feedback on biogeochemical cycles and climate in the Anthropocene (2023)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Miyazaki Yuzo、Taketani Fumikazu、Iwamoto Yoko、Kanaya Yugo、Jun Nishioka
  • 雑誌名: Archives of Atmospheric Chemistry Research 巻: 47
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A review of coarse mineral dust in the Earth system (2023)
  • 著者名/発表者名: Adebiyi, A. A., J. Kok, B. J. Murray, C. L. Ryder, J.-B. W. Stuut, R. A. Kahn, P. Knippertz, P. Formenti, N. M. Mahowald, C. P. Garcia-Pando, M. Klose, A. Ansmann, B. H. Samset, A. Ito, Y. Balkanski, C. Di Biagio, M. N. Romanias, Y. Huang and J. Meng
  • 雑誌名: Aeolian Research 巻: 60 ページ: 100849-100849
  • DOI: 10.1016/j.aeolia.2022.100849
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of dust and iron solubility in sulfate formation during the long-range transport in East Asia evidenced by 17O-excess signatures (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Itahashi, S. Hattori, A. Ito, Y. Sadanaga, N. Yoshida, A. Matsuki
  • 雑誌名: Environmental Science and Technology 巻: 56 号: 19 ページ: 13634-13643
  • DOI: 10.1021/acs.est.2c03574
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Competing and accelerating effects of anthropogenic nutrient inputs on climate-driven changes in ocean carbon and oxygen cycles (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Akitomo、Hajima Tomohiro、Yamazaki Dai、Noguchi Aita Maki、Ito Akinori、Kawamiya Michio
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 26
  • DOI: 10.1126/sciadv.abl9207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iron from coal combustion particles dissolves much faster than mineral dust under simulated atmospheric acidic conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Baldo Clarissa、Ito Akinori、Krom Michael D.、Li Weijun、Jones Tim、Drake Nick、Ignatyev Konstantin、Davidson Nicholas、Shi Zongbo
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 22 号: 9 ページ: 6045-6066
  • DOI: 10.5194/acp-22-6045-2022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiphase processes in the EC-Earth model and their relevance to the atmospheric oxalate, sulfate, and iron cycles (2022)
  • 著者名/発表者名: Myriokefalitakis Stelios、Bergas-Masso Elisa、Goncalves-Ageitos Maria、Perez Garcia-Pando Carlos、van Noije Twan、Le Sager Philippe、Ito Akinori、Athanasopoulou Eleni、Nenes Athanasios、Kanakidou Maria、Krol Maarten C.、Gerasopoulos Evangelos
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 15 号: 7 ページ: 3079-3120
  • DOI: 10.5194/gmd-15-3079-2022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Earth, Wind, Fire, and Pollution: Aerosol Nutrient Sources and Impacts on Ocean Biogeochemistry (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamilton Douglas S.、Perron Morgane M.G.、Bond Tami C.、Bowie Andrew R.、Buchholz Rebecca R.、Guieu Cecile、Ito Akinori、Maenhaut Willy、Myriokefalitakis Stelios、Olgun Nazl?、Rathod Sagar D.、Schepanski Kerstin、Tagliabue Alessandro、Wagner Robert、Mahowald Natalie M.
  • 雑誌名: Annual Review of Marine Science 巻: 14 号: 1 ページ: 303-330
  • DOI: 10.1146/annurev-marine-031921-013612
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ocean fertilization by pyrogenic aerosol iron (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Ye Ying、Baldo Clarissa、Shi Zongbo
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 4 号: 1 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41612-021-00185-8
  • NAID: 130007977184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contribution of the world's main dust source regions to the global cycle of desert dust (2021)
  • 著者名/発表者名: Kok Jasper F.、Adebiyi Adeyemi A.、Albani Samuel、Balkanski Yves、Checa-Garcia Ramiro、Chin Mian、Colarco Peter R.、Hamilton Douglas S.、Huang Yue、Ito Akinori、Klose Martina、Li Longlei、Mahowald Natalie M.、Miller Ron L.、Obiso Vincenzo、P?rez Garc?a-Pando Carlos、Rocha-Lima Adriana、Wan Jessica S.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 10 ページ: 8169-8193
  • DOI: 10.5194/acp-21-8169-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improved representation of the global dust cycle using observational constraints on dust properties and abundance (2021)
  • 著者名/発表者名: Kok, J. F., Adebiyi, A. A., Albani, S., Balkanski, Y., Checa-Garcia, R., Chin, M., Colarco, P. R., Hamilton, D. S., Huang, Y., Ito, A., Klose, M., Leung, D. M., Li, L., Mahowald, N. M., Miller, R. L., Obiso, V., Perez Garcia-Pando, C., Rocha-Lima, A., Wan, J. S., and Whicker, C. A.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 10 ページ: 8127-8167
  • DOI: 10.5194/acp-21-8127-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Changing atmospheric acidity as a modulator of nutrient deposition and ocean biogeochemistry (2021)
  • 著者名/発表者名: Baker Alex R.、Kanakidou Maria、Nenes Athanasios、Myriokefalitakis Stelios、Croot Peter L.、Duce Robert A.、Gao Yuan、Guieu C?cile、Ito Akinori、Jickells Tim D.、Mahowald Natalie M.、Middag Rob、Perron Morgane M. G.、Sarin Manmohan M.、Shelley Rachel、Turner David R.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 28 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd8800
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contribution of combustion Fe in marine aerosols over the northwestern Pacific estimated by Fe stable isotope ratios (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurisu Minako、Sakata Kohei、Uematsu Mitsuo、Ito Akinori、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 20 ページ: 16027-16050
  • DOI: 10.5194/acp-21-16027-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Less atmospheric radiative heating by dust due to the synergy of coarser size and aspherical shape (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Adebiyi Adeyemi A.、Huang Yue、Kok Jasper F.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 22 ページ: 16869-16891
  • DOI: 10.5194/acp-21-16869-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High Production of Soluble Iron promoted by Aerosol Acidification in Fog (2020)
  • 著者名/発表者名: Jinhui Shi, Yang Guan, Akinori Ito, Huiwang Gao, Xiaohong Yao, Alex R. Baker, Daizhou Zhang
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 12
  • DOI: 10.1029/2019gl086124
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of aerosol iron solubility over Australian coastal regions based on inverse modeling: implications of bushfires on bioaccessible iron concentrations in the Southern Hemisphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Perron Morgane M. G.、Proemse Bernadette C.、Strzelec Michal、Gault-Ringold Melanie、Boyd Philip W.、Bowie Andrew R.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 7 号: 1 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00357-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] IMPACTモデルの福江島における微小エアロゾル元素組成・ブラックカーボンの高時間分解観測データを用いた評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、宮川拓真
  • 学会等名: 日本気象学会2022年度春季大会
• [学会発表] ベンガル湾におけるエアロゾル鉄溶解率を用いた人為起源鉄溶出モデルの評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Baldo Clarissa, Zongbo Shi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Evaluation of aerosol iron model using high-resolution measurements of trace metal (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., T. Miyakawa
  • 学会等名: Goldschmidt 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 福江島における微小エアロゾル元素の高時間分解観測データとIMPACTモデルによる人為起源鉄の寄与率推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、宮川拓真
  • 学会等名: 2022年度日本地球化学会年会
• [学会発表] IMPACTモデルの福江島とタスマニア島におけるエアロゾル溶存鉄の観測データを用いた評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、宮川拓真
  • 学会等名: 2022年度大気環境学会年会
• [学会発表] Marine aerosol feedback on biogeochemical cycles and climate in the Pacific Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Y. Miyazaki, F. Taketani, Y. Iwamoto，Y. Kanaya and J. Nishioka
  • 学会等名: 2022 iCACGP/IGAC Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Aerosol bioaccessible iron supply from southern Africa to the Southern Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., T. Miyakawa
  • 学会等名: 2022 SOLAS Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 生物利用可能な鉄の二次的供給源としての製錬過程からのエアロゾル鉄 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、宮川拓真
  • 学会等名: 第27回大気化学討論会
• [学会発表] Constraints on contribution of anthropogenic and lithogenic iron in aerosols using high-time-resolution measurements of trace elements (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., T. Miyakawa
  • 学会等名: 2022 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 非球形粗大粒子がエアロゾル放射効果に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Adeyemi A. Adebiyi、Yue Huang、Kok Jasper F.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Atmospheric radiative heating due to aspherical coarse dust (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adeyemi A. Adebiyi, Yue Huang, and Jasper F. Kok
  • 学会等名: Goldschmidt 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 大気化学の将来構想：人新世における海洋エアロゾル・生物の気候フィードバック (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、宮﨑雄三、竹谷文一、岩本洋子、金谷有剛、西岡純
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] Effect of the synergy of coarser size and aspherical shape on dust radiative effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adeyemi A. Adebiyi, Yue Huang, and Jasper F. Kok
  • 学会等名: 2021 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] より粗い粒径と非球面形状の相乗効果のためダストによるより少ない大気の放射加熱 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤彰記、Adeyemi A. Adebiyi、Yue Huang、Kok Jasper F.
  • 学会等名: 第62回大気環境学会年
• [学会発表] 燃焼起源エアロゾル鉄による海洋施肥 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、Ying Ye、Clarissa Baldo、Zongbo Shi
  • 学会等名: 2021年度日本地球化学会年会
• [学会発表] オーストラリア起源の鉱物ダスト発生量の過大評価がエアロゾル水溶性鉄濃度に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記
  • 学会等名: JpGU-AGU2020
  • 国際学会
• [学会発表] オーストラリア沿岸地域における海洋地球研究船での大気エアロゾル観測データを用いた大気化学輸送モデル「IMPACT」の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記
  • 学会等名: 第61回大気環境学会年会
• [学会発表] 燃焼起源エアロゾル鉄による海洋施肥 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会年会
• [学会発表] Coarse dust aerosol radiative effect in the IMPACT model (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記
  • 学会等名: AGU fall meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] IMPACTモデルでの粗大ダストエアロゾル放射効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] High-temporal-resolution elemental characterization of fine-mode aerosols in springtime Asian outflow: Emission and removal characteristics, and comparison with model simulation (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 拓真
  • 学会等名: JpGU-AGU2020
  • 国際学会
• [学会発表] 福江島における微小エアロゾル元素組成・ブラックカーボンの高時間分解観測：モデルによる人為起源鉄排出量の過小評価に関する知見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 拓真
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [備考] 南半球の大気汚染対策不足が南大洋を富栄養化させている可能性
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20230301/
• [備考] 環境変動予測研究センターの伊藤 彰記 主任研究員らの論文が、裏表紙に選ばれました
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/cema/j/