Investigation of variability in atmospheric bioavailable iron supplied to the Southern Ocean

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K00530
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 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)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 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

Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cornell University/Rutgers University/Florida State University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Cornell University/Rutgers University/Florida State University
  • # of Other Institutions: 6
• [Int'l Joint Research] University of East Anglia(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of East Anglia
• [Int'l Joint Research] Utrecht University(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: Utrecht University
• [Int'l Joint Research] National Observatory of Athens/University of Crete/Foundation for Research and Technology(ギリシャ)
  • Country Name: GREECE
  • Counterpart Institution: National Observatory of Athens/University of Crete/Foundation for Research and Technology
• [Int'l Joint Research] Physical Research Laboratory(インド)
  • Country Name: INDIA
  • Counterpart Institution: Physical Research Laboratory
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 3
• [Journal Article] Pyrogenic iron: The missing link to high iron solubility in aerosols (2019)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Science Advances Volume: 5 Pages: eaau7671
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau7671
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reviews and syntheses: the GESAMP atmospheric iron deposition model intercomparison study (2018)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 15 Pages: 6659～6684
  • DOI: https://doi.org/10.5194/bg-15-6659-2018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Impacts of acidity on atmospheric Fe input to ocean biogeochemical cycles (2018)
  • Author(s): Ito, A.
  • Organizer: Goldschmidt 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Atmospheric modeling studies of iron speciation: Problems and challenges in future studies (2018)
  • Author(s): Ito, A.
  • Organizer: Identifying and Characterizing the Processes Controlling Iron Speciation and Residence Time at the Atmosphere-Ocean Interface
  • Invited
• [Presentation] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to the ocean (2018)
  • Author(s): Ito, A., Akitomo Yamamoto, Michio Watanabe, Maki Noguchi Aita, Jan-Berend W. Stuut
  • Organizer: 2018 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atmospheric deposition of iron from mineral aerosols to ocean ecosystem model (2018)
  • Author(s): 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
  • Organizer: International conference on aeolian research 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aerosol radiative forcing of pyrogenetic iron oxides (2018)
  • Author(s): Ito, A., G. Lin, and J. E. Penner
  • Organizer: IGAC 15th International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エアロゾル中における鉄への燃焼起源の寄与 (2018)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Remarks] 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/
• [Remarks] 「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/