陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

海水中粒子に含まれる重金属の起源を調べる
高 野祥太朗（京都大学化学研究所）
海洋における微量金属

そのほとんどが溶存態（海水に溶けている成分）

海水の主要成分は、塩化ナトリウム、塩化マグを対象としたもので、海水中の粒子に含まれる微ネシウムなどのアルカリ金属・アルカリ土類金属

量金属の同位体比に関する研究は非常に少ないで塩ですが、海水には微量成分として鉄、亜鉛、銅す。海水中の粒子は微量金属の鉛直輸送を担うたなどの遷移金属が溶けています。これらの元素は、め、海洋における微量金属の循環を理解するには、

海水 1 kg あたり数ナノグラムから数マイクログ

溶存態だけでなく粒子の分析が必須です。

ラムしか含まれていません。これは、25 m プール満杯の水にひとつまみの塩を加えた時の塩の濃日本海の沈降粒子に含まれる微量金属の同位体比度に相当します。このように微量な遷移金属です

私たちの研究では、日本海の沈降粒子に含まれが、そのいくつか（鉄、銅、亜鉛など）は、海洋る微量金属（ニッケル、銅、亜鉛、鉛）の同位体に生息する植物プランクトンに必須もしくは毒性比を分析し、それらの元素の起源を明らかにしまを示し、海洋生態系や気候変動に大きくかかわっした。ここではその一部を紹介します。ていることが知られています。現在、海洋におけ沈降粒子は、文字どおり海水中を沈んでいく粒る微量金属を調査する国際的な研究プロジェクト子のことで、セディメントトラップという装置を（GEOTRACES 計 画：https://www.geotraces.org/）

海の中に設置して採取します（図 1）。日本海のが進行しており、世界の海洋における微量元素の沈降粒子は、大陸から運ばれてくる黄砂などの大挙動が明らかになってきました。微量金属は、岩気中粒子、海流によって輸送される陸棚堆積物、石の風化・浸食および人間活動による放出によっ海洋表層の生物活動によって生産される有機物なて大陸から海洋へ運ばれ、海水中で粒子となって、どで構成されることが知られています（Otosaka

海底堆積物へと除去されます。

et al., 2004）。日本海は、西部北太平洋の縁海で、水深 3,000 m 程度の大和海盆、水深 2,500 m 程度

微量金属の同位体比の対馬海盆、水深 2,500 m 程度の日本海盆からな

微量金属の同位体比は、起源や反応過程の違いります。私たちの分析した沈降粒子は、大和海盆を反映するため、海洋における微量金属の起源やおよび日本海の水深 1,000 ～ 3,000 m で採られた循環を知る重要な手がかりとなります。海水中のものです。

微量金属の同位体比分析は、測定したい元素が微沈降粒子に含まれるニッケル、銅、亜鉛の同位量であり、さらに海水に含まれる塩が測定を妨害

体比は、黄砂や海底堆積物と比べて重い同位体にするために非常に困難とされてきました。近年、富んでいました（図 2）。この重い同位体の起源分析装置や化学分離技術の発展によって、海水中として考えられるのが、有機物粒子です。有機物のさまざまな微量金属についてその同位体比の分粒子は、おもに植物プランクトンの死骸から成り、析法が開発されました。これらの分析法を用いて、沈降中に微生物によって分解されるため、水深が海洋における微量金属同位体比の分布が明らかに深くなるにつれて減少します。有機物粒子は、植なりつつあります。しかし、これまでの研究は、物プランクトンが取り込んだ微量金属を含み、さ241図１

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

図２

図 1．沈降粒子とそのサンプリング

65/63Cu ‰66/64Zn ‰207Pb/206Pb

同位体⽐60/58Ni ‰

図 2．日本海における沈降粒子中のニッケル、銅、亜鉛、鉛同位体比（黒色の四角）。ニッケル、銅、亜鉛の同位体比は δ 値で表記してある。δ 値が大きいと重い同位体に富み、小さいと軽い同位体に富む。沈降粒子の起源となりうる有機物粒子、黄砂中の同位体比を以下の論文から推定し、その推定値を点線で示す（Cameron et al.,2009; Little et al., 2018; Schleicher et al., 2020; Takano et al., 2020; Wu et al., 2011; Zhang et al., 2021）。日本
海の海底堆積物と日本海沿岸でとられた大気中粒子中の同位体比もともに示す。これらの値は、本研究の分析によるもの。

らに有機物粒子の表面には、海水に溶けている微日本海沈降粒子中の鉛の同位体比は、黄砂と大量金属が吸着します。沈降粒子の元素濃度・同位きく異なり、日本海沿岸の大気中粒子と同程度で体比を詳しく解析すると、沈降粒子中のニッケル、した。大気中粒子は、化石燃料の燃焼などの人間銅、亜鉛は、その 30 ～ 80％が有機物に由来する活動によって大気へ放出された鉛を多く含むことことがわかりました。今回分析した沈降粒子は、が知られています。そのため、沈降粒子中の鉛は、水深 1,000 〜 3,000 m の深海で採られたため、浅人間活動によって放出された鉛の粒子が、日本海海のものに比べて有機物の含有量は少ないですで降下し、深海まで沈降したものであると考えらが、沈降粒子中のニッケル、銅、亜鉛の起源としれます。データの詳細な解析によって、人間活動ては、大きな割合を占めていることが明らかになに由来する鉛が沈降粒子中鉛の 80 ～ 90％を占めりました。

ることがわかりました。
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今後の展望

Takano S et al. (2020) Sources of particulate Ni

沈降粒子は長年にわたって海底に降り積もるこand Cu in the water column of the northernとで堆積物を形成します。沈降粒子の微量金属のSouth China Sea: Evidence from elemental

同位体比がどのような要因によって変動するかを

and isotope ratios in aerosols and sinking

解明できれば、海底堆積物から人間活動による汚particles. Marine Chemistry, 219: 103751.

染の推移や過去の海洋における生物生産を明らか

Wu F, Ho SSH, Sun Q and Ip SHS (2011)にできるかもしれません。

Provenance of Chinese Loess: Evidence
from Stable Lead Isotope. Terrestrial

文献

Atmospheric and Oceanic Sciences, 22:

Cameron V, Vance D, Archer C and House CH305‒314.

(2009) A biomarker based on the stable

Zhang Y et al. (2021) The isotopic composition ofisotopes of nickel. Proceedings of the National

sedimentary organic zinc and implications

Academy of Sciences, 106(27): 10944‒10948.

for the global Zn isotope mass balance.

Little SH et al. (2018) Paired dissolved andGeochimica et Cosmochimica Acta, 314: 16‒26.

particulate phase Cu isotope distributions in
著者情報

the South Atlantic. Chemical Geology.
Otosaka S et al. (2004) Lithogenic flux in the Japan

高野祥太朗（京都大学化学研究所

Sea measured with sediment traps. Marine

水 圏 環 境 解 析 化 学 領 域 助 教 ）、2015 年 3 月京都大学理学研究科

Chemistry, 91(1): 143‒163.

化学専攻博士後期課程修了、2015

Schleicher NJ et al. (2020) A Global Assessment

年 4 月より現職。

of Copper, Zinc, and Lead Isotopes in Mineral （2022 年 3 月 31 日掲載）

Dust Sources and Aerosols. Frontiers inEarth Science, 8(167).

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