博士（地球環境科学）本多牧生
学位論文題名セ ジメントトラップ実験と炭素14による
西 部 北 太 平 洋 に お け る 炭 素 循 環 の 研究
学位論文内容の要旨
大気中二酸化炭素を海洋がどの程度吸収するかを精度よく把握するためには、物理化学的な二酸化炭素吸収能力（溶解ポンプ能力）に加え、海洋の生物活動による二酸化炭素吸収能力（生物ポンプ能力）について定量化することが重要である。また最終氷期のニ酸化炭素低下、地球温暖化を誘因する大気中二酸化炭素濃度の増加に伴う海洋の二酸化炭素吸収能カの変化においても生物ポンプ能カは極めて重要な働きをすると考えられる。
北西部北太平洋は、春季ブルームで代表されるように海洋表層の基礎生産カが高く、また珪藻種が優占している海域であり、生物ポンプ能カが高い海域であると推察される。本研究では西部北太平洋縁辺海（オホーツク海、ベーリング海、沖縄トラフ海域）、ならびに外洋域（亜熱帯循環域、西部亜寒帯循環域、亜極境界域）においてセジメントトラップ実験を行い、捕集された沈降粒子の放射性炭素、並びに炭素フラックス他生物起源物質を測定することにより、同海域での炭素の鉛直・水平輸送過程、、輸出生産量、生物活動に伴う海水中二酸化炭素分圧の変化について考察した。
縁辺海のセジメントトラップ試料の放射性炭素測定結果からは、オホーソク海、ベーリング海では深海で捕集された炭素が海洋表層混合層で形成され、深海ヘ輸送されていることが明らかとなった。一方、沖繩トラフ海域ではセジメントトラップで捕集された炭素粒子の60％以上は隣接する東シナ海大陸棚斜面から水平輸送された古い炭素であることが推察された。このことは、セジメントトラップ実験から海洋表層の生物活動を考察する場合に、大陸周辺では水平輸送された炭素の寄与を考慮しなければならないことを示唆するとともに、大陸棚で生物により同化・石灰化された炭素が、大陸棚上で堆積・分解するだけでなく、かなりの量が外洋域ヘ水平輸送されている様子を示唆するものであった。
Station KNOTを中 心と した 西部 北太平洋外洋域のセシメントトラップ実験結果からは、 深海 に輸 送さ れる 炭素 フラ ックス（有機炭素フラックス十無機炭素フラックス）は大西洋、インド洋、南極域等の他の海域に比べて必ずしも高いわけではなかったが、 オパ ール フラ ック ス、 およ びオパール／炭酸カルシウム比は世界的に高い海域であ るこ とが 再検 証さ れた 。さ らに現場で測定された、あるいは衛星データから推察し た海 洋表 層基 礎生 産カ と漂 流型・海底設置型セジメントトラップ実験結果の比較か ら、同海域では粒子による輸出生産率（E・raUo）が年平均で25％程度であり高いこと、ただし基礎生産カの増加に伴いEーratioは低下することが明らかとなった。
上記 のセ ジメ ント トラ ップ 実験 、世 界各海洋のセジメントトラップ実験結果、炭素フラ ック スの 鉛直 変化 率の 経験 式、 および海洋表層での炭酸系の化学平衡式を用
いて 、 生 物 活 動 に伴 う海 洋表 層の 二酸 化炭 素分 圧(pC02)変化 につ いて 半定量 化を試みた 。本 研究 でセ ジメ ント トラ ップ 実験を行った海域の中ではべーリング海の生物活 動 が 最 も pC02を 低 下 さ せ る 能 カ を も つ こ と 、 特 に 晩 春の 春 季 ブ ル ー ム 時に
pC02を 低下 する 能カ が高 くな るこ とが 示唆された。また全海洋を比較すると、ベーリング 海、 北西 部北 太平 洋に おけ る生 物活動は、アラビア海と同程度に海洋表層のpC02を 低下 させ る能 カを 有す る可 能性 が示唆された。これは北西部北太平洋が珪藻が中 心 の 生 態 系 であ り高 い有 機炭 素／ 無機 炭素 比(Co／Ci)の 炭素 フラ ックス を持
つこと 、ア ラビ ア海 の場 合は Co/Ciは高 くは ない が、 大き な炭 素フ ラックスをもつことに 帰因 して いる 。
以 上 の 結 果 から 北西 部北 太平 洋で は海 洋表 層の 生物 活動 が海 水中 の二酸 化炭 素分
圧 を効 率的 に低 下さ せてお り、 大気 中の二酸化炭素吸収に生物ポンプが効率的に働い てい るこ とが 結論 づけら れた 。

学位 論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査
副査
副査
副査
副査

教授
教授

角皆静 男

乗木新一郎

河
南村公 隆

教授

渡川雅 男

助教授

田

邉修 一教授

助教授
助教授
助教授

中
山中教 幸
塚

武

中康 裕

学 位 論 文 題 名

セジメ ントトラップ実験と炭素14による
西部北太 平洋に おける炭素循環の研究
海 洋 が 人 間 活 動 に よ っ て 放 出 さ れ た 二 酸 化 炭 素 (C02)を ど の 程 度 吸 収 す る か を 正確 に 把 握 す るた めに は 、海 洋の 生物 活動 によ る二 酸化 炭素 吸収 能力 、す なわ ち 生物
ポ ンプ 能カ を 定量 化す るこ とが 重要 であ る。生物ポンプが明らかになれば、氷期に大気 中 ニ 酸 化 炭 素 濃 度 (pC02)が 低 下 し た 原 因 の 解 明 、 地 球 温 暖 化 の 主要 因で あ る大
気 中 pC02増 加が 将来 ど のよ うに なる かの 解明 など にお いて 、極 めて 重要 な情 報 になると考 えられる。
北西 部北 太 平洋 は、 植物 プラ ンク トン の大きな春季ブルームが観測され、高い基礎
生 産カ が実 測 され 、ま た珪 藻種 が優 占し ていることから、生物ポンプ能カが高いと予想され る海域である。本研究では、北西部北太平洋の縁辺海（ オホーツク海、べーリン
グ 海、 沖縄 ト ラフ 海域 ）な らび にそ の外 洋域（親潮域、亜熱帯循環域、西部亜寒帯循環域、 亜極境界域）においてセジメントトラップ実験を行い、 捕集された沈降粒子中の放 射性 炭素 （ 炭素 14)およ び生 物起 源物 質 を測 定す るニ とに より 、炭素などの鉛直粒
子 束 、 化 学 組成 、基 礎 生産 に対 する 比で ある 移出 生産 率な どを 決め 、炭 素な ど の鉛直 ・ 水 平 輸 送過 程、 鉛 直変 質過 程な どを 解析 し、 生物 ポン プに よる 二酸 化炭 素 吸収
能カに ついて考察した。
縁辺 海のオホーツク海、べーリング海におけるセジメントト ラップ試料の炭素14測定

結果 か ら は、 深 海 で捕 集 さ れた 粒 子 態炭 素 が そ の上 の 海洋 表層混合 層で形 成され、速やかに 深海へ 輸送され ているこ とが明らかとなった。一方、大陸棚に近い沖繩トラフ
海域 では、セ ジメン トトラッ プで捕 集された 炭素粒子 の60％以 上が隣接 する東 シナ海大陸棚斜面から水平輸送されたものであることがわかった。このことは、セジメントトラップ実 験から海 洋表層 の生物活 動を考 察すると きに、大 陸周辺 では水平 輸送さ れてくる炭素の寄 与を考 慮しなけ ればなら ないこと、また、大陸棚で生物により有機化・石灰化され た炭素は 、大陸 棚上で堆 積・分 解するだ けでなく 、かな りの量が 外洋域 ヘ水平輸送されていることを示唆するものであった。
北 西 部 北 太 平 洋 に 置 か れ た 時 系 列 観 測点 KNOT
(44°N， 155° E）周 辺 域 にお け る セジメントトラップ実験結果では、深海に輸送される炭素フラックスは、大西洋、アラビア海、 南極域等 の他の 海域に比 べて必 ずしも高 いわけで はなか ったが、 オパー ル（生物起源の非 品質ケ イ酸塩） フラック ス、オパール／炭酸カルシウム比、並びに有機炭素／無機 炭素比は 世界的 にもっと も高い 海域であ ることを 確実に した。さ らに現 場での直接測 定、ある いは衛 星データ から求 めた基礎 生産カと 、漂流 型・海底 設置型 セジメン
トト ラ ッ プ実 験 結 果の 比 較 から 、同海 域では移 出生産 率（E−ratio)が年 平均で水 深100m、1000mで そ れぞ れ 約 25％ 、 5％程 度 で あり 高 い こと 、ただ し基礎 生産の増 加に伴いE―ratioは低下する傾向があることがわかった。
上記のセ ジメン トトラッ プ実験 の結果、炭素フラックスの鉛直変化率の経験式、および 海 洋 表 層 で の 炭 酸 系 の 化 学 平 衡 式 を用 い て 、 生物 活 動 に伴 う 海 洋表 層 pC02の 変化を 半定量的 に表現 するニと を試み た。その 結果、べ ーリン グ海、北 西部北 太平洋におけ る 生 物活 動 は 、南 極 海 と同 程 度 に海 洋 表 層 のpC02を 低下さ せる能 カを有す ることが わ か った 。 以 上の 結 果 から 、 同 海域 の 生 物 ポン プ は、 海水のpC02を効率的 に低下さ せ、ひい ては大 気中PCOzを大 きく低 下させる 能カを 有すると 結論す ることが できた。
審査員一 同は、 これらの 成果を 高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であり、
発 表 論 文 数 お よ び 勤 務 先 研 究 機 関 に おけ る 研 究 業務 の 遂 行能 カ も 併せ 、 申 請者 が博 士 （ 地 球 環 境 科 学 ） の 学 位 を 受 け るの に 充 分 な資 格 を 有す る も のと 判 定 した 。