大気から南大洋域へ供給される生物に利用可能な鉄の変動要因の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K00530
• 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, 気候モデル高度化研究プロジェクトチーム, 主任研究員 (00419144)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 地球環境変化 / 大気由来の水溶性鉄沈着 / 燃焼起源エアロゾル / 鉱物起源エアロゾル / 全球エアロゾル化学輸送モデル

研究実績の概要

国際共同研究を取りまとめ、複数の全球大気化学輸送モデルを用いた予測結果と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、人為起源鉄は、大気を通して海に運ばれる間にその化学的性質を変えて、微細粒子（エアロゾル）中で水に溶けやすい鉄が多く含まれる主要因となることを明らかにした。
鉄は、海洋の植物プランクトンにとって必要な栄養素である。鉄が不足する海域では、大気中のエアロゾルにより供給される溶存鉄が重要となる。海洋への鉄供給源としては、これまで低い鉄溶解率を示す自然起源の酸化鉄のみが考えられていた。それに対して近年、大気汚染の影響を受けたエアロゾルは高い鉄溶解率を示すことが観測により示唆されている。しかし、観測データのみからでは、なぜエアロゾルが高い鉄溶解率を示すのか明らかではない。また、数値モデルによる鉄溶解率の予測結果はばらつきが大きく、その手法によって何が原因で高い鉄溶解率をもたらすのか結論が異なっていた。そこで本研究では、複数の数値モデルによる予測結果と観測データを組み合わせて、統計的な解析を行い、海洋大気中で観測された高い鉄溶解率に関する謎の解明を試みた。
その結果、エアロゾル中の高い酸性度による人為起源鉄の溶出速度増加を予測した数値モデルが、鉄溶解率の高さや変動を最もよく再現した。本結果から、大気汚染に由来するエアロゾルでは、高い酸性度の溶液中で光化学反応によって人為起源鉄が水に溶けやすい性質に変化していることを示す。また、従来考えられていた自然起源の酸化鉄とは異なる人為起源の酸化鉄が、陸から遠く離れた海洋生態系へ栄養塩をもたらす重要な役割を果たすことを示唆する。
今後、人間活動による化石燃焼の燃焼が植物プランクトン（一次生産者）を起点とした食物連鎖（海洋生態系）へ与える影響を評価し、より有効な海洋環境保全策へ貢献することが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Rutgers University/Florida State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Cornell University/Rutgers University/Florida State University
  • 他の機関数: 6
• [国際共同研究] University of East Anglia(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of East Anglia
• [国際共同研究] Utrecht University(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Utrecht University
• [国際共同研究] National Observatory of Athens/University of Crete/Foundation for Research and Technology(ギリシャ)
  • 国名: ギリシャ
  • 外国機関名: National Observatory of Athens/University of Crete/Foundation for Research and Technology
• [国際共同研究] Physical Research Laboratory(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Physical Research Laboratory
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Pyrogenic iron: The missing link to high iron solubility in aerosols (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., S. Myriokefalitakis, M. Kanakidou, N. M. Mahowald, R. A. Scanza, D. S. Hamilton, A. R. Baker, T. Jickells, M. Sarin, S. Bikkina, Y. Gao, R. U. Shelley, C. S. Buck, W. M. Landing, A. R. Bowie, M. M. G. Perron, C. Guieu, N. Meskhidze, M. S. Johnson, Y. Feng, J. F. Kok, A. Nenes, R. A. Duce
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 ページ: eaau7671
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau7671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reviews and syntheses: the GESAMP atmospheric iron deposition model intercomparison study (2018)
  • 著者名/発表者名: Myriokefalitakis, S., A. Ito, M. Kanakidou, A. Nenes, M. C., Krol, N. M. Mahowald, R. A. Scanza, D. S. Hamilton, M. S. Johnson, N. Meskhidze, J. F. Kok, C. Guieu, A. R. Baker, T. D. Jickells, M. M. Sarin, S. Bikkina, R. Shelley, A. Bowie, M. M. G. Perron and R. A. Duce
  • 雑誌名: Biogeosciences 巻: 15 ページ: 6659～6684
  • DOI: https://doi.org/10.5194/bg-15-6659-2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Impacts of acidity on atmospheric Fe input to ocean biogeochemical cycles (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: Goldschmidt 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atmospheric modeling studies of iron speciation: Problems and challenges in future studies (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A.
  • 学会等名: Identifying and Characterizing the Processes Controlling Iron Speciation and Residence Time at the Atmosphere-Ocean Interface
  • 招待講演
• [学会発表] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to the ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Akitomo Yamamoto, Michio Watanabe, Maki Noguchi Aita, Jan-Berend W. Stuut
  • 学会等名: 2018 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to ocean ecosystem model (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.Ito, A., Jan-Berend W. Stuut, Akitomo Yamamoto, Michio Watanabe, Maki Noguchi Aita, Li Chuxian, Stephanie Arcusa, Navjit Sagoo, Zahra Hoseini, Charles Gonzales, Francois De Vleeschouwer
  • 学会等名: International conference on aeolian research 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Aerosol radiative forcing of pyrogenetic iron oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., G. Lin, and J. E. Penner
  • 学会等名: IGAC 15th International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] エアロゾル中における鉄への燃焼起源の寄与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記、Stelios Myriokefalitakis, Maria Kanakidou, Natalie Mahowald, Rachel Scanza, Alex Baker, Tim Jickells, Manmohan Sarin, Srinivas Bikkina, Yuan Gao, Rachel Shelley, Clifton Buck, William Landing, Andrew Bowie, Morgane Perron, Nicholas Meskhidze, Matthew Johnson, Yan Feng, Robert Duce
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [備考] 人間活動により放出された鉄粒子は大気汚染の影響で海水へ溶けやすくなる
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20190502/
• [備考] 「排出インベントリ」で、見過ごされてきた大気汚染物質の大気加熱効果を推定
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/iccp/j/topics/20180605/