西部北太平洋亜寒帯域における冬季二酸化炭素放出の停止による海洋酸性化の加速と影響

• 研究課題/領域番号: 23K20393
• 補助金の研究課題番号: 20H04349 (2020-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2020-2023)
• 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: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 脇田 昌英 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(むつ研究所), 副主任研究員 (30415989)
• 研究分担者: 内田 裕 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 主任研究員 (00359150) ; 永野 憲 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(大気海洋相互作用研究センター), 主任研究員 (40421888) ; 中野 善之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 技術開発部, 副主任研究員 (20566103) ; 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) ; 重光 雅仁 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 研究員 (20511695)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2020年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 海洋環境変動 / 海洋酸性化 / 環境影響評価 / 貧酸素化 / 海洋環境評価

研究開始時の研究の概要

高生物生産力と水産資源を誇る西部北太平洋亜寒帯域は、現在、深刻な海洋酸性化が進行している。特に、数年以内に、冬季二酸化炭素の大気放出の停止により、海洋酸性化が加速し、炭酸カルシウムが溶解する未飽和状態になることが予想され、海洋生物への影響も必至である。そのため、海洋観測を実施し、酸性化の加速と生物への影響を明らかにする。加えて、将来の社会発展予測シナリオに基づいた酸性化進行と生物影響の予測を行う。

研究実績の概要

高生物生産力と水産資源を誇る西部北太平洋亜寒帯域は、ここ数年以内に冬季二酸化炭素の大気放出の停止により、海洋酸性化が加速し、炭酸カルシウムが溶解する未飽和状態になることが予想され、生物への影響も必至である。そのため、酸性化の加速と生物への影響を明らかにし、将来の社会発展予測シナリオに基いた酸性化進行と生物影響の予測を行う。2023年度は以下を実施した。
1．MR23-05Leg2航海（2023年7月～8月）で、観測点K2で得られた試料と回収された係留系に搭載した時系列自動採水器の試料を分析した。加えて、2021年～2023年までのK2の炭酸系等の観測データを品質管理し、係留系のCTD・酸素・紫外蛍光光度センサー、多層流向流量計等で得られたデータを解析した。
2．1999～2023年の25年間で、K2の表層混合層の酸性化は、海洋の人為起源二酸化炭素の吸収により、他の外洋域と同じペースで進行していたが、栄養塩のリン酸塩と硝酸塩が有意に増加していた。冬季混合層の酸性化は、2016年以降に加速し、その原因は冬季混合層下へのDIC拡散フラックスの増加で、以前公表した論文を支持していた。
3．観測用センサーの生物付着防止に用いる深紫外線面光源を使った照射装置を開発し、その効果を検証した結果を学会等で発表した。
4．12か所の船舶観測ベース時系列モニタリングから得られた観測値をまとめたデータベースの論文「海洋時系列観測データ統合プロダクト(SPOTS)」にK2とKNOTでの炭酸系を含めた観測データを提供した。
5．K2で得られた観測値とCMIP6のモデルデータの比較を行い、GFDL-CM4データと観測データに良い一致があることが分かった。さらに、GFDL-CM4の物理パラメーターを解析し、エルニーニョのときに混合層への下層からのエントレインメンが強まることを確認することが出来た。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度の航海で採取された試料（海水・生物）の分析ができた点、25年蓄積した観測データから表層混合層のpH・炭酸カルシウム飽和度Ωが低下し、酸性化進行を確認した点、溶存化学成分（溶存無機炭素、アルカリ度、栄養塩）データの経年変化から、海洋生物による石灰化の維持と生物群集生産の弱化による栄養塩の増加が示唆された点、これまでの1999年～2023年までのK2/KNOTの炭酸系等の観測データについて、品質管理し、一部をデータベース論文へ提供した点、生物生産による溶存・粒状有機炭素について、K2の動態について論文に貢献した点、時系列自動採水器で得られた2019年から2023年の試料を分析し、船舶観測でのニスキンによる分析結果とよく一致し、中層の急速な酸性化の進行が確認できた点から、区分(2)に該当すると判断出来る。

今後の研究の推進方策

西部亜寒帯域K2での冬季二酸化炭素の放出が停止し、酸性化が加速し、Ωの未飽和状態になっているかどうかを直接観測するための係留系の仕様について、JAMSTEC地球表層システム研究センターと議論し、新たに購入した時系列自動採水器を来年度のみらい航海で設置する。加えて、酸性化進行による生物への影響を評価するため、溶存化学成分データの経年変化から見える石灰化と生物群集生産の変化とその原因について解析を進め、炭酸カルシウム殻をもつプランクトンの骨格密度を直接的に測定し、比較する。GFDL-CM4の化学パラメーターについても解析を行い、観測結果と比較しつつ、K2を含む西部亜寒帯の酸性化のメカニズムを議論する。

研究成果

• [雑誌論文] Origin and Transport of Dissolved Organic Matter in the Northwestern Margin of the North Pacific Inferred from Radiocarbon Signatures (2024)
  • 著者名/発表者名: Otosaka, S., Y. Hou, M. Wakita, Y. Yamashita, J. Nishioka, H. Obata, Y. Miyairi, Y. Yokoyama, H. Ogawa
  • 雑誌名: Journal of Coastal Research 巻: 116 号: sp1 ページ: 181-185
  • DOI: 10.2112/jcr-si116-037.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis Product for Ocean Time Series (SPOTS) - a ship-based biogeochemical pilot (2024)
  • 著者名/発表者名: Lange, N., Fiedler, B., Alvarez, M., Benoit-Cattin, A., Benway, H., Buttigieg,L., Coppola, L., Currie, K., Flecha, S., Gerlach, S., Honda, M., Huertas, E., Lauvset, K., Muller-Karger, F., Kortzinger, A., O'Brien, M., Olafsdottir, R., Pacheco, C., Rueda-Roa, D., Skjelvan, I., Wakita, M., White, A., Tanhua, T.
  • 雑誌名: Earth System Science Data 巻: 16 号: 4 ページ: 1901-1931
  • DOI: 10.5194/essd-16-1901-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mesopelagic particulate nitrogen dynamics in the subarctic and subtropical regions of the western North Pacific (2023)
  • 著者名/発表者名: Mino Yoshihisa、Sukigara Chiho、Kawakami Hajime、Wakita Masahide、Honda Makio C.
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 11
  • DOI: 10.3389/feart.2023.1176889
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nitrogen Isotopes of Sinking Particles Reveal the Seasonal Transition of the Nitrogen Source for Phytoplankton (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa Chisato、Ogawa Nanako O.、Chikaraishi Yoshito、Makabe Akiko、Matsui Yohei、Sasai Yoshikazu、Wakita Masahide、Honda Makio C.、Mino Yoshihisa、Aita Maki N.、Fujiki Tetsuichi、Nunoura Takuro、Harada Naomi、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 17
  • DOI: 10.1029/2022gl098670
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiotemporal vertical velocity variation in the western tropical Pacific and its relation to decadal ocean variability (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagano Akira、Hasegawa Takuya、Wakita Masahide
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00513-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] El Nino‐Related Vertical Mixing Enhancement Under the Winter Mixed Layer at Western Subarctic North Pacific Station K2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagano Akira、Wakita Masahide、Fujiki Tetsuichi、Uchida Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 126 号: 11
  • DOI: 10.1029/2020jc016913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid Reduction of pH and CaCO3 Saturation State in the Tsugaru Strait by the Intensified Tsugaru Warm Current During 2012-2019 (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Wakita,K. Sasaki,A. Nagano,H. Abe,T. Tanaka,K. Nagano,K. Sugie,H. Kaneko,K. Kimoto,T. Okunishi,M. Takada,J. Yoshino,S. Watanabe
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 10 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1029/2020gl091332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Ocean Fluid Changes on Pressure on the Seafloor: Ocean Assimilation Data Analysis on Warm-Core Rings off the Southeastern Coast of Hokkaido, Japan on an Interannual Timescale (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hasegawa, Akira Nagano, Keisuke Ariyoshi, Toru Miyama, Hiroyuki Matsumoto, Ryoichi Iwase, Masahide Wakita
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 海水標準物質の現状と将来展望 ─栄養塩CRMをはじめとして─ (2020)
  • 著者名/発表者名: 村田 昌彦、青山 道夫、チョン 千香子、三浦 勉、藤井 武史、光田 均、北尾 隆、笹野 大輔、中野 俊也、永井 直樹、児玉 武稔、葛西 広海、清本 容子、瀬藤 聡、小埜 恒夫、横川 真一朗、有井 康博、曽根 知実、石川 賀子、芳村 毅、内田 裕、田中 辰弥、粥川 洋平、脇田 昌英
  • 雑誌名: 海の研究 巻: 29 号: 5 ページ: 153-187
  • DOI: 10.5928/kaiyou.29.5_153
  • NAID: 130008131927
  • ISSN: 0916-8362, 2186-3105
  • 年月日: 2020-09-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Expanded Batch-to-Batch Correction for IAPSO Standard Seawater (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchida Hiroshi、Kawano Takeshi、Nakano Toshiya、Wakita Masahide、Tanaka Tatsuya、Tanihara Sonoka
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 37 号: 8 ページ: 1507-1520
  • DOI: 10.1175/jtech-d-19-0184.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal and Interannual Variations in Nitrogen Availability and Particle Export in the Northwestern North Pacific Subtropical Gyre (2020)
  • 著者名/発表者名: Mino Y.、Sukigara C.、Honda M. C.、Kawakami H.、Wakita M.、Sasaoka K.、Yoshikawa C.、Abe O.、Kaiser J.、Kimoto K.、Kitamura M.、Fujiki T.、Matsumoto K.、Saino T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 125 号: 5 ページ: 15600-15600
  • DOI: 10.1029/2019jc015600
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Determining the distribution of fluorescent organic matter in the Indian Ocean using in situ fluorometry (2020)
  • 著者名/発表者名: M.Shigemitsu, H. Uchida, T. Yokokawa, K. Arulananthan, and A. Murata
  • 雑誌名: Frontiers in microbiology 巻: 11 ページ: 1-15
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.589262
  • NAID: 130008129758
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Synthesis Product for Ocean Time-Series (SPOTS) - a ship-based biogeochemical pilot (2024)
  • 著者名/発表者名: Lange, N., Fiedler, B., Alvarez, M., Benoit-Cattin, A., Benway, H., Buttigieg,L., Coppola, L., Currie, K., Flecha, S., Gerlach, S., Honda, M., Huertas, E., Lauvset, K., Muller-Karger, F., Kortzinger, A., O'Brien, M., Olafsdottir, R., Pacheco, C., Rueda-Roa, D., Skjelvan, I., Wakita, M., White, A., Tanhua, T.
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Sources of dissolved organic carbon in the western North Pacific traced by radiocarbon signatures (2024)
  • 著者名/発表者名: Shigeyoshi Otosaka, Yui Sakai, Masahide Wakita, Yunxuan Hou, Youhei Yamashita, Jun Nishioka, Hajime Obata, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Hiroshi Ogawa
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 「みらい」MR23-05航海 Leg2:西部北太平亜寒帯域における大気・海洋・生態系変動の学際的研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 長島佳菜・藤木徹一・野口真希・喜多村稔・杉江恒二・木元克典・内田裕・脇田昌英・金子仁・中野 善之・佐藤都・久保さゆり・竹谷文一・金谷有剛，三野義尚，下島公紀・大井麻由・鈴木渚，岡崎裕 典・粕谷拓人・熊威誠，佐川拓也・内田貴之，覃洪偉・塩崎拓平，青木一真，遠嶋康徳, 石戸谷重 之・天野敦子，村上雅則，鷺島克啓
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2023
• [学会発表] 深紫外線面光源を用いた係留機器用生物付着防止装置の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野 善之 ・ 脇田 昌英
  • 学会等名: 日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] Origin and Transport of Dissolved Organic Matter in the Northwestern Margin of the North Pacific Inferred from Radiocarbon Signatures (2023)
  • 著者名/発表者名: Shigeyoshi Otosaka, Yunxuan Hou, Masahide Wakita, Youhei Yamashita, Jun Nishioka, Hajime Obata, Yosuke Miyairi, Yusuke Yokoyama, Hiroshi Ogawa
  • 学会等名: international Conference on Aquatic Science & Technology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「みらい」MR22-03航海概要報告 -春季西部北太平洋における東アジア大陸起源物質の分布と生態系 への影響- (2023)
  • 著者名/発表者名: 杉江 恒二，藤木 徹一，木元 克典，松本 和彦，竹谷 文一，脇田 昌英，中野 善之，岸 正敏，喜多 村 稔，金谷 有剛，佐々木 雄亮，塩崎 拓平，Qin Hongwei，下島 公紀，大井 麻由，刀祢 館奈々子， 山口 三亜佳，三野 義尚
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム
• [学会発表] 西部北太平洋亜寒帯域における海洋酸性化と海洋生物への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 脇田昌英・永野憲・内田裕・中野善之・木元克典・重光雅仁・藤木徹一
  • 学会等名: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 深紫外線面光源を用いた採水用殺菌装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中野善之・脇田 昌英 ・ 松本 和彦 ・ 藤木 徹一
  • 学会等名: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 塩化水銀によって殺菌した海水試料中の硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比定量法の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小松大祐、富所春奈、成田尚史、三野義尚、脇田昌英、角皆潤
  • 学会等名: 日本地球化学会第68回年会
• [学会発表] エルニーニョに関連したK2 測点冬季混合層直下の鉛直混合の強化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永野憲、脇田昌英、藤木徹一、内田裕
  • 学会等名: 日本海洋学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 「みらい」MR21-01航海概要報告:西部北太平洋におけるアジア大気微量物質による海洋生物地球化学への影響評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹谷文一、長島佳菜、喜多村稔、本多牧生、松本和彦、宮川拓真、藤木徹一、木元克典、杉江恒二、栗栖美菜子、脇田昌英、内田裕、中嶋亮太、野口真希、金谷有剛、原田尚美、岩本洋子、Astrid Muller、Matthias Frey、村上裕太郎、藤木なぎさ
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2021
• [学会発表] Monitoring and Assessment of Ocean Acidification by JAMSTEC (2020)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Murata, Katsunori Kimoto, Masahide Wakita
  • 学会等名: UNFCC
  • 国際学会
• [学会発表] オホーツク海南岸における海洋酸性化モニタリングと生物影響調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木元克典・下島公紀・清水啓介・脇田昌英・山口篤・松野孝平・ 村井克詞・吉田瞳・片倉靖次
  • 学会等名: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [学会発表] 海洋酸性化による巻貝の幼殻形成への影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 清水啓介・木元克典・脇田昌英・諏訪僚太
  • 学会等名: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [学会発表] 北海道沿岸域における地球温暖化・海洋酸性化・貧酸素化指標の連続モニタリングと将来予測シミュ レーション (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井賢彦、高尾信太郎、山家拓人、 赤松知音、藤田大和、脇田昌英、山本彬友、小埜恒夫
  • 学会等名: 日本海洋学会2020年度秋季大会
• [備考] KNOT点/K2点海洋観測データセット
  • URL: https://www.godac.jamstec.go.jp/data_catalog/view/metadata?
• [備考] 近年の海洋酸性化はIPCC AR6でどう語られたか
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/rigc/j/reports/ipcc6/07.html
• [備考] CO2 Moorings and Time Series Project
  • URL: https://www.ncei.noaa.gov/access/ocean-carbon-acidification-data-system/oceans/Moorings/K2.html
• [備考] Researchmap 脇田昌英
  • URL: https://researchmap.jp/mwakita
• [備考] 国際的な海洋酸性化観測研究プロジェクトGOA-ONに西部北太平洋亜寒帯観測定点K2を登録
  • URL: http://portal.goa-on.org/Explorer?action=oiw:mobile_platform:STS_X_487:observations:
• [備考] KNOT点/K2点海洋観測データセット
  • URL: https://www.godac.jamstec.go.jp/data_catalog/view/metadata?key=JAMSTEC_KNOT_K2&lang=ja
• [備考] CO2 Moorings and Time Series Project: K2
  • URL: https://www.nodc.noaa.gov/ocads/oceans/Moorings/K2.html
• [備考] Researchmap 脇田 昌英
  • URL: https://researchmap.jp/mwakita/
• [備考] 国際的な海洋酸性化観測研究プロジェクトGOA-ONに西部北太平洋亜寒帯観測定点K2を登録
  • URL: http://portal.goa-on.org/Explorer
• [備考] KNOT点/K2点海洋観測データサイト
  • URL: http://www.godac.jamstec.go.jp/catalog/data_catalog/metadataDisp/JAMSTEC_KNOT_K2
• [備考] SDG14.3.1 data portalへK2 carbon time-series data提出
  • URL: https://oa.iode.org/