海氷表面に見られる有機臭素ガスの高濃度現象―低温化学反応チャンバー実験による検証

• 研究課題/領域番号: 20H04345
• 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63040:環境影響評価関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 野村 大樹 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (70550739)
• 研究分担者: 薮下 彰啓 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (70371151) ; 山下 洋平 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50432224) ; 大木 淳之 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (70450252)
• 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: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2020年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 有機臭素ガス / 海氷 / ブロモホルム / 室内実験 / 低温環境 / 低温化学 / 結氷実験 / オゾン / 揮発性ガス / 揮発性有機ガス / 極域

研究開始時の研究の概要

本研究では、自然界で起こる結氷現象を室内でのチャンバー実験で再現し、有機臭素ガス、特にブロモホルムに関して、海氷表面での化学反応機構・大気への放出過程を明らかにすることを目的とする。本課題は、極域大気中オゾン濃度の急激な減少を招く有機臭素ガスの発生源が特定されていないことから設定した。本研究で提唱する海氷表面でのブロモホルム生成は、有機臭素ガスの大気への新たな発生源の提案となり、長年謎とされてきた大気中オゾン消失現象の原因解明に一石を投じることとなる。しかし、これまでの応募者らによる観測事実と低温環境での化学反応の新たな知見により、反応仮説を提唱するに至ったが、反応機構は検証されていない。

研究成果の概要

本研究では、海氷表面に見られる有機臭素ガスの高濃度現象を室内チャンバー実験により明らかにすることを目的とした。-25度の低温環境下においてチャンバーに入れた海水500mLを凍結させ、海氷表面部分にオゾンを供給した。すると、ブロモホルムの発生が確認された。また、海氷表面に供給するオゾンの濃度の増加に伴い、発生するブロモホルムの量は増加した。オゾンが海氷表面の臭素イオンを酸化することで、発生した次亜臭素酸が有機物と反応し、ブロモホルムが生成したと考えられる。本研究より、海氷表面でのブロモホルム生成に関する化学反応機構・大気への放出過程に関する直接的なデータを実験的に得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、海氷表面で濃縮した有機物との「非生物」反応によって、ブロモホルム生成反応が進むという仮説を、室内での低温化学反応チャンバー実験で検証に至った。これまで、海洋および海氷分野でのブロモホルム生成に関しては、植物プランクトンの生理現象の副産物として「生物的」にブロモホルムが生成することが定説とされていた。本研究で提唱する海氷表面での「非生物的」なブロモホルム生成は、有機臭素ガスの大気への新たな発生源の提案となり、長年謎とされてきた大気中オゾン消失現象の原因解明に一石を投じることとなる。

研究成果

• [国際共同研究] リエージュ大学/Bruno Delille(ベルギー)
• [国際共同研究] アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所/Ellen Damm(ドイツ)
• [国際共同研究] イーストアングリア大学/D. Bakker(英国)
• [国際共同研究] リエージュ大学(ベルギー)
• [国際共同研究] アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] イーストアングリア大学(英国)
• [雑誌論文] 室内実験による海氷内でのイカアイト結晶の析出条件の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: NAKAJIMA Haruka、NOMURA Daiki
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 84 号: 6 ページ: 503-514
  • DOI: 10.5331/seppyo.84.6_503
  • ISSN: 0373-1006, 1883-6267
  • 年月日: 2022-11-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isoprene production in the water column and sediment in Funka Bay, Hokkaido, Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Ooki Atsushi、Miyashita Naoya、Umezawa Sachi、Tozawa Manami、Nosaka Yuichi、Nomura Daiki、Onishi Hiroji、Abe Hiroto、Takatsu Tetsuya
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 56 号: 5 ページ: 142-150
  • DOI: 10.2343/geochemj.GJ22013
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methane release from open leads and new ice following an Arctic winter storm event (2022)
  • 著者名/発表者名: Silyakova Anna、Nomura Daiki、Kotovitch Marie、Fransson Agneta、Delille Bruno、Chierici Melissa、Granskog Mats A.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 33 ページ: 100874-100874
  • DOI: 10.1016/j.polar.2022.100874
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of the glacial meltwater supply on carbonate chemistry in Bowdoin Fjord, Northwestern Greenland (2022)
  • 著者名/発表者名: Horikawa Takahito、Nomura Daiki、Kanna Naoya、Fukamachi Yasushi、Sugiyama Shin
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 9 ページ: 873860-873860
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.873860
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Snow and Remineralization Processes on Nutrient Distributions in Multi‐Year Antarctic Landfast Sea Ice (2022)
  • 著者名/発表者名: Sahashi Reishi、Nomura Daiki、Toyota Takenobu、Tozawa Manami、Ito Masato、Wongpan Pat、Ono Kazuya、Simizu Daisuke、Naoki Kazuhiro、Nosaka Yuichi、Tamura Takeshi、Aoki Shigeru、Ushio Shuki
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 127 号: 7
  • DOI: 10.1029/2021jc018371
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atmosphere-sea ice-ocean interaction study in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan 2021（北海道サロマ湖における大気–海氷–海洋相互作用研究について） (2022)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D., P. Wongpan, T. Toyota, T. Tanikawa, Y. Kawaguchi, T. Ono, T. Ishino, M. Tozawa, T. P. Tamura, I. S. Yabe, E. Y. Son, F. Vivier, A. Lourenco, M. Lebrun, Y. Nosaka, T. Hirawake, A. OOKI, S. Aoki, B. Else, F. Fripiat, J. Inoue, and M. Vancoppenolle
  • 雑誌名: 氷河情報センター 巻: 40 号: 0 ページ: 1-17
  • DOI: 10.5331/bgr.21R02
  • ISSN: 1345-3807, 1884-8044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dominant frazil ice production in the Cape Darnley polynya leading to Antarctic Bottom Water formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, K. I., Y. Fukamachi, M. Ito, K. Nakata, D. Simizu, K. Ono, D. Nomura, G. Hashida, T. Tamura
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 42
  • DOI: 10.1126/sciadv.adc9174
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Primary productivity and phytoplankton community structure in surface waters of the western subarctic Pacific and the Bering Sea during summer with reference to bloom stages (2022)
  • 著者名/発表者名: Waga Hisatomo、Fujiwara Amane、Hirawake Toru、Suzuki Koji、Yoshida Kazuhiro、Abe Hiroto、Nomura Daiki
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 201 ページ: 102738-102738
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102738
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Formation of dense shelf water associated with sea ice freezing in the Gulf of Anadyr estimated with oxygen isotopic ratios (2021)
  • 著者名/発表者名: Nomura Daiki、Abe Hiroto、Hirawake Toru、Ooki Atsushi、Yamashita Youhei、Murayama Aiko、Ono Kazuya、Nishioka Jun
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 196 ページ: 102595-102595
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Water mass distribution in the northern Bering and southern Chukchi seasusing light absorption of chromophoric dissolved organic matter (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirawake T, Ooida J, Yamashita Y, Waga H, Abe H, Nishioka J, Nomura D, Ueno H, Ooki A
  • 雑誌名: Progres in Oceanography 巻: - ページ: 102641-102641
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102641
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iron and nutrient dynamics along the East Kamchatka current, western Bering sea basin and Gulf of Anadyr (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishioka J, Hirawake T, Nomura D, Yamashita Y, Ono K, Murayama A, Shcherbinin A, Volkov Y N, Mitsudera H, Ebuch N, Wakatsuchi M, Yasuda I
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: - ページ: 102662-102662
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102662
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Climate change impacts on sea-ice ecosystems and associated ecosystem services (2021)
  • 著者名/発表者名: Steiner Nadja S.、and 24 co-authors
  • 雑誌名: Elementa: Science of the Anthropocene 巻: 9 号: 1 ページ: 00007-00007
  • DOI: 10.1525/elementa.2021.00007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Salinity regime of the northwestern Bering Sea shelf (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Hiroto、Nomura Daiki、Hirawake Toru
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 198 ページ: 102675-102675
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102675
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal Variations and Drivers of Surface Ocean pCO2 in the Seasonal Ice Zone of the Eastern Indian Sector, Southern Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Tozawa Manami、Nomura Daiki、Nakaoka Shin‐ichiro、Kiuchi Masaaki、Yamazaki Kaihe、Hirano Daisuke、Aoki Shigeru、Sasaki Hiroko、Murase Hiroto
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 127 号: 1
  • DOI: 10.1029/2021jc017953
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Implications of Sea Ice Management for Arctic Biogeochemistry (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Lisa、Fripiat Francois、Moreau Sebastien、Nomura Daiki、Stefels Jacqueline、Steiner Nadja、Tedesco Letizia、Vancoppenolle Martin
  • 雑誌名: Eos 巻: 101
  • DOI: 10.1029/2020eo149927
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Iron Supply by Subglacial Discharge Into a Fjord Near the Front of a Marine‐Terminating Glacier in Northwestern Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanna Naoya, Sugiyama Shin, Fukamachi Yasushi, Nomura Daiki, Nishioka Jun
  • 雑誌名: Global Biogeochemical Cycles 巻: 34 号: 10
  • DOI: 10.1029/2020gb006567
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Using under-ice hyperspectral transmittance to determine land-fast sea-ice algal biomass in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Wongpan Pat、Nomura Daiki、Toyota Takenobu、Tanikawa Tomonori、Meiners Klaus M.、Ishino Tomomi、Tamura Tetsuya P.、Tozawa Manami、Nosaka Yuichi、Hirawake Toru、Ooki Atsushi、Aoki Shigeru
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of glacial water and carbonate minerals on wintertime sea-ice biogeochemistry and the CO2 system in an Arctic fjord in Svalbard (2020)
  • 著者名/発表者名: Fransson Agneta、Chierici Melissa、Nomura Daiki、Granskog Mats A.、Kristiansen Svein、Martma Tonu、Nehrke Gernot
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: First View 号: 83 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1017/aog.2020.52
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solidification effects of snowfall on sea-ice freeze-up: results from an onsite experimental study (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyota Takenobu、Ono Takashi、Tanikawa Tomonori、Wongpan Pat、Nomura Daiki
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.49
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] MOSAiC BGC team results from Leg 5 (2023)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nomura (Hokkaido Univ. Japan), Yuhong Li, Alison Webb, Manuel Dall’osto, and flux measurement community
  • 学会等名: BEPSII annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Melt pond CO2 dynamics and fluxes with atmosphere in a central Arctic Ocean during summer to autumn transition (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshimura, Daiki Nomura, Alison Webb, Yuhong Li, Manuel Dall’osto, et al
  • 学会等名: ISAR7
  • 国際学会
• [学会発表] Differences in the impact of freshwater on pCO2 in the Pacific sector of the Arctic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Tozawa, M., D. Nomura, M. Matsuura, M. Hatta, A. Fujiwara, S. Yasunaka, A. Murata
  • 学会等名: ISAR7
  • 国際学会
• [学会発表] GHG flux chamber measurements above sea ice (2022)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nomura
  • 学会等名: CATCH workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Atmosphere-sea ice-ocean interaction study in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan 2021 (2022)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D., Ikawa, H., Kawaguchi, Y., Kanna, N., Kawakami, T. et al
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Identifying microbial drivers of biological oxygen production and uptake in the central Arctic Ocean. (2022)
  • 著者名/発表者名: Chamberlain, E. J., Rokitta, S., Rost, B., D’Angelo, A., Creamean, J., Loose, B., Ulfsbo, A., Fong, A. A., Hoppe, C. J. M., Droste, E., Nomura, D., Bowman, J. S.
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting, online.
  • 国際学会
• [学会発表] Interfacial generation of internal waves and turbulent heat flux due to enhanced inertial motion for deformed sea-ice floe: Preliminary results from MOSAiC expedition (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, Y., Koenig, Z., Hoppman, M., Nomura, D., Granskog, M., Inoue, J., Katlein, C., Marcel, N., the MOSAiC OCEAN Team
  • 学会等名: European Geophysical Union, General Assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of lead width variation, re-freezing and mixing events on lead water structure in the central Arctic. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D., Web, A., Li, Y., Dall’osto, M., Schmidt, K., Droste, E., Chamberlain, E., Kawaguchi, Y., Inoue, J., Damm, E., Delille., B.,
  • 学会等名: European Geophysical Union, General Assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Cryosphere-atmosphere biogeochemical cycles: Insights from Arctic Ocean drifting campaign (2021)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting, online
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Air-ice CO2 fluxes in the central Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nomura,.....L. Zhan, B. Delille
  • 学会等名: Arctic Frontire 2021
  • 国際学会
• [図書] 凍る海の不思議 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野村大樹
  • 総ページ数: 96
  • 出版者: 海文堂出版
  • ISBN: 4303800066
• [備考] sea ice biogeochemisty
  • URL: https://sites.google.com/view/daikinomura/home
• [備考] Daiki Nomura: sea ice biogeochemisrty
  • URL: https://sites.google.com/view/daikinomura/home
• [備考] Daiki Nomura: sea ice biogeochemistry
  • URL: https://sites.google.com/view/daikinomura/home