人為起源鉄の大気から海洋への沈着の重要性の解明

• 研究課題/領域番号: 22KF0165
• 補助金の研究課題番号: 22F22092 (2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2022)
• 応募区分: 外国
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (50549508)
• 研究分担者: LIU MINGXU 名古屋大学, 環境学研究科, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 気候変動 / エアロゾル / 人為起源鉄 / 全球モデル

研究開始時の研究の概要

大気中の微粒子（エアロゾル）に含まれる鉄は、外洋域まで輸送されたのちに海洋に沈着すると海洋表層の生物一次生産を変化させ、地球の炭素循環や長期的な気候変化に影響を及ぼす。本研究では、新たな広域航空機観測データと全球エアロゾルモデルの計算を組み合わせることで、化石燃料の燃焼等の人間活動によって大気に放出する粒子に含まれる鉄（人為起源鉄）の外洋域における大気濃度と沈着量の推定を高度化する。また、将来の人為起源鉄の放出量推計データを作成し、外洋域における可溶性鉄の沈着量とその放出源寄与の将来変化を予測する。

研究実績の概要

大気中の微粒子（エアロゾル）に含まれる鉄は、外洋域まで輸送されたのちに海洋に沈着すると海洋表層の生物一次生産を変化させ、地球の炭素循環や長期的な気候変化に影響を及ぼす。本研究では、新たな広域航空機観測データと全球エアロゾルモデルの計算を組み合わせることで、化石燃料の燃焼等の人間活動によって大気に放出する粒子に含まれる鉄（人為起源鉄）の外洋域における大気濃度と沈着量の推定を高度化する。また、将来の人為起源鉄の放出量推計データを作成し、外洋域における可溶性鉄の沈着量とその放出源寄与の将来変化を予測する。
令和5年度は、広域航空機観測の人為起源マグネタイト濃度と整合するように、南半球における人為起源鉄の放出量を増加させた数値モデル計算を行い、この計算と従来研究で使用されてきた人為起源鉄の放出量データを用いた計算との比較を行った。その結果、南大洋域における人為起源の可溶性鉄の沈着量が従来研究の推定よりも10倍以上多い可能性があることを示した。この増加により、可溶性鉄の全沈着量に対する人為起源鉄の寄与は11%から61%に増加し、南大洋域において人為起源鉄の沈着量が自然起源鉄の沈着量を上回る可能性があることが示唆された。
また、人為起源鉄と同様の放出源を持つ黒色炭素粒子の将来放出量シナリオを基に、将来の人為起源鉄の放出量データを作成した。2050年と2100年の放出量データを用いて、南大洋域における可溶性鉄の沈着量と放出源寄与の将来変化を予測した。人為起源鉄の放出量は将来的に大きく減少する一方、自然起源鉄の放出量の将来変化はそれほど大きくないと予想されている。そのため、現在気候において人為起源鉄の寄与が小さい場合は将来の可溶性鉄の全沈着量はほとんど変わらないのに対し、現在の人為起源鉄の寄与が大きい場合は将来の可溶性鉄の全沈着量が大幅に（21～55%）減少することが推定された。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/North Carolina State University/NOAA(米国)
• [国際共同研究] コーネル大学/アメリカ海洋大気庁(米国)
• [雑誌論文] Observationally constrained analysis of sulfur cycle in the marine atmosphere with NASA ATom measurements and AeroCom model simulations (2024)
  • 著者名/発表者名: Bian, H., Chin, M., Colarco, P. R., Apel, E. C., Blake, D. R., Froyd, K., Hornbrook, R. S., Jimenez, J., Jost, P. C., Lawler, M., Liu, M., Lund, M. T., Matsui, H., Nault, B. A., Penner, J. E., Rollins, A. W., Schill, G., Skeie, R. B., Wang, H., Xu, L., Zhang, K., Zhu, J.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 24 号: 3 ページ: 1717-1741
  • DOI: 10.5194/acp-24-1717-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Morphological features and water solubility of iron in aged fine aerosol particles over the Indian Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda, S., Iwamoto, Y., Taketani, F., Liu, M., Matsui, H.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 23 号: 17 ページ: 10117-10135
  • DOI: 10.5194/acp-23-10117-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The underappreciated role of anthropogenic sources in atmospheric soluble iron flux to the Southern Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Matsui Hitoshi、Hamilton Douglas S.、Lamb Kara D.、Rathod Sagar D.、Schwarz Joshua P.、Mahowald Natalie M.
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 5 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41612-022-00250-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Substantial Uncertainties in Arctic Aerosol Simulations by Microphysical Processes Within the Global Climate‐Aerosol Model CAM‐ATRAS (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsui Hitoshi、Liu Mingxu
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 127 号: 17
  • DOI: 10.1029/2022jd036943
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Secondary Organic Aerosol Formation Regulates Cloud Condensation Nuclei in the Global Remote Troposphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Matsui Hitoshi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 18
  • DOI: 10.1029/2022gl100543
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Marked rebound of agricultural fire emissions in Asia after the outbreak of COVID-19 (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Yao Huan、Matsui Hitoshi
  • 雑誌名: Environmental Research Letters 巻: 17 号: 11 ページ: 114059-114059
  • DOI: 10.1088/1748-9326/ac9e69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] The underappreciated role of anthropogenic sources in atmospheric soluble iron flux to the Southern Ocean (2024)
  • 著者名/発表者名: Liu, M. and Matsui, H.
  • 学会等名: AGU Annual Meeting 2023 (online)
  • 国際学会
• [学会発表] The underappreciated role of anthropogenic sources in atmospheric soluble iron flux to the Southern Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu, M. and Matsui, H.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Secondary organic aerosol formation regulates cloud condensation nuclei in the global remote troposphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu, H. and Matsui, H.
  • 学会等名: AGU fall meeting 2022
  • 国際学会