博士 （ 地球 環 境科 学 ）近本めぐみ
学 位論 文 題名
Roles of Sedimentation Processes in the Oceani
c Carbon Cycle
on the Glacial― Interglacial Timescales（氷期ー間 氷期の時間 スケールにおける海洋炭素循環変動に対する堆積過程の役割）
学位論文内容の要旨
海底堆積層内でおこる 堆積過程は、海洋炭素循環の 変動と関係しており、氷期一問氷期サイクルにおける大気中の二酸 化炭素分圧の変動に対して重 要な役割を果たしている．堆積層では、炭酸カルシウムの再溶解を通して、海水中のアルカリ度と全炭酸のバランスを数万年スケールで調整し、それに伴う大気中の 二酸化炭素分圧の長期的な変 動に寄与する．また、堆積層では、海洋表層で生物生産された有機 炭素、炭酸カルシウム、およ び生物起源シリカが埋没することで過去の気候 変動 を記 録 している．大気中の ニ酸化炭素分圧の変動に対す る堆積過程の寄与を評価す るには、地質学的記録との比較ができる点からも、堆積モデルを用いた数値実験が有効である．しかしながら、これまで用い られてきた堆積モデルは、移 流スキームの再現性が悪いために、10cm程度の深度に制限された準 定常的な堆積過程しか扱えな かった．そこで、本研究では高精度の移流
スキ ーム であ る CI:P‑CSL2ス キー ムを 用い て10cm以上の堆積過程 を表現できる堆積モデルを 開発し 、堆 積モ デ ルの再現性、堆積過 程の応答を介した大気中の二 酸化炭素分圧と堆積分布の 応答、 およ ぴ大 気中の 二酸 化炭 素分 圧の 変動に対する堆積過程の寄与を調べた．
堆 積 層 の 深 度 を 従 来 の 10cmと 新 た に 100cmに 拡 張し た鉛 直 一次 元堆 積モ デル を 用い 、生物起源シリカの海底に到 達するフラックスが急激に変 動する実験を行った，海底に到達する生物起源 シリ カが 減 少す ると 、10cm深 度 の堆 積モデルは100cm深度の モデルよりも生物起源シリ カの溶 解フ ラッ ク スを過小評価する． これは、10cm深度のモデルで は、10cm以深で起こる生物 起源シリカの溶解と、10cm以深から堆積層表層へ鉛直上 向きに輸送される生物起源シリカの溶解とを考慮していなぃことに起因した．このことは、堆積モデルの深度を従来の10cmよりも深く設定する必要性を示唆している ．
海 洋を 4ボ ック スで 表 現し た海 洋物 質循 環 モデ ル(HILDAモデ ル ）に 堆積 層を 50cmに した 堆積モ デル を結 合 させ、Rain比（海洋 表層で生物生産される有機炭 素に対する炭酸カルシウム の比） の変 化に 伴 った堆積過程の変動 が大気中の二酸化炭素分圧お よび堆積分布に与える影響 を調べ た． この モ デルではRain比を25％低下させると、堆積層内の 炭酸カルシウムの再溶解が 変
動し 、大 気中 の 二酸 化炭 素分 圧が 2〜 3万 年程度かけて約60ppm低 下した．この結果は、氷期 極大 期 に お け る 大 気 中 の ニ 酸化 炭素 分圧 の 80〜 100ppmの 低下 を Rain比の 変化 によ っ て説 明す− 100−

る Rain比 仮説 を裏 づけている． この応答において、炭酸イ オンの飽和深度は約2km下降 したのに対し 、炭酸カルシウムの含有率の 鉛直分布を示す指標（ライソクライン）は300m程度しか変動しな
かっ た．これは、海水中の炭酸イ オンの飽和深度が下降して溶けにくくなったために逆に炭酸カルシウ ムの埋没が増加した効果と、 Rain比が減少して海底に達するフラックスが減少したために炭酸カル シウムの埋没も減少した効果 とが相殺されたことに起因する．このことは、氷期極大期において、 炭酸イオンの飽和深度が現在 よりも数km深かった観測事実と、ライソクラインが全球平均でlkm以内 の変動であった観測事実と 整合する．
堆積 過 程が 大気 中の 二 酸化 炭素 分圧 の変 動にどのような 影響を与えるかに関し、堆 積過程を無 視し た closed systemmILDAモデ ルの み） と、堆積過程を 考慮したopensystem（堆積 モデルとHHDAモ デ ルを 結合 ）の 実 験を 行っ た． 低緯 度表層における 生物ポンプ（有機炭素およ び炭酸カル シウ ム の鉛 直輸 送） を 最大 に強 める と、 c10sedsystemで は大気中の二酸化炭素分圧 が約4000年 で 18ppm低 下 し た ． 一 方 、 0p跚 systemで は 、 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 分 圧 が 最 初の 4000年 でc10sedsystemと同 様に低下した ものの、その後約10万年か けて初期値よりも33ppm増加 した．両シス テムにみられる大気中の二酸 化炭素分圧の低下は、海洋 表層のアルカリ度と全炭酸が 深層へ積極 的に輸送されたことに起因し 、これは一般的な解釈と一致する．一方、opensystemにみられる大 気中 の 二酸 化炭 素分 圧 の増 加は 、有 機炭 素や炭酸カルシ ウムの埋没量の増加によっ て、海洋における河川による流入と埋没による流出との非平衡状態が生じ、海水中の栄養塩や、アルカリ度、全炭 酸の総量が減少したことに起 因する．これらの総量の減 少は、海水中の二酸化炭素濃 度の増加と 、栄養塩濃度に比例した生物 ポンプの衰退をもたらすた め、大気中の二酸化炭素分圧 は結果的に 増加に転じた．これらの応答 は、堆積過程の変動が、氷 期‐間氷期の時間スケールを かけて
海 洋物 質 循環 およ ぴ大 気 中の 二酸 化炭 素分 圧の変動まで大 きな影響を与えることを示 唆する．
こ れまでの堆積モデルは、堆積 過程を生物攪拌が起こる10cmで活発化すると仮定され、 モデル
深度 を10cmに制限されていた．し かしながら、本研究ではlocmより深いところで起こる堆 積過程を考 慮することで、準定常的では なく長時間変動を含めた堆 積過程の応答にも着目した， 本研究結 果 は 、 堆 積 過 程 が 海 洋 炭 素 循 環 お よ び 大 気 中 の 二 酸化 炭素 分圧 の変 動 に氷 期一 間氷 期 の時 間ス ケ ール で大 きく 寄 与す るこ とを 示し ており、これは 氷期―間氷期サイクルの気 候変動に対し ても関連性を示唆している．

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学 位論文審査の要旨
主査

助教 授

副査

教授

池田 元教授久保 川教授

吉川 久

副査
副査
副査

山 中康

AssistantProfSSOr
松本克裕美厚毒美（ミネソタ大学地質学・地球物理学部）

学位論文題名RolesofSedimentationProcessesintheOceanicCarbonCycle
on the Glacial― Interglacial Timescales（ 氷 期 一 間 氷 期 の 時 間 ス ケ ー ル にお け る
海 洋炭 素 循環 変動 に対する 堆積過程 の役割）

本研究では、堆積過程を取り扱うモデルを開発し、簡単な海洋物質循環モデルと組み合わせることにより、氷期‐間氷期の時間スケールにおける海洋炭素循環変動に対する堆積過程の役割を明らかにした。
堆積過程を考慮した海洋炭素循環の変動は、氷期‐間氷期の時間スケールにおいて大気中二酸化炭素分圧の変動に大きく寄与する。本研究は堆積モデルにCIP移流スキームを適用し、モデルの再現性、大気中二酸化炭素分圧と堆積分布の応答、および大気中の二酸化炭素分圧の変動に対する堆積過程の寄与を調べた。
堆 積層 を従 来の 10 cmと 新た な 10 0cmと した 堆積 モデ ルを 用い 、海 底に 達する生物起源シ リ カの フラ ック スが 変動 する 実験 を行 った 。10 cmのモデルでは、 10 cm以深での生物起源シリカの溶解と、10 cm以深から表層へ輸送される生物 起源シリカの溶解を考慮しないた
め 、 10 0cmの モ デ ル よ り 生 物 起 源 シ リ カ の 溶 解 フ ラ ッ ク ス を 過 小 評 価 し た 。
海 洋 物質 循環 モデ ル(HILDAモデ ル） に堆 積層 を50cmとした堆積モデルを結合し、Rain比（海洋表層で生物生産される有 機炭素に対する炭酸カルシウムの比）を25％減少させた実験では、 大 気中 二酸 化炭 素分 圧が約60 ppm低下した。このとき、炭酸イオン の飽和深度は2km
下降し、炭酸カルシウムの堆積深 度の指標（ライソクライン）は約300m変動した。これは、氷期に炭酸イオンの飽和深度が数km深くライソクラインは全球平均でlkm以内の変動であった観測事実と整合する。
堆積過程を考慮した系（堆積 モデルとHILDAモデルを結合 ）および堆積過程を考慮しない系‑ 102−

(HILDAモ デ ルの み ） に おい て 海 洋 の生 物 ポ ン プを 強化 すると、 大気中 二酸化 炭素分 圧は堆 積過程を 考 慮 し な い 系 で 18 ppm低 下 し 、 堆 積過 程 を 考 慮し た 系 で 33ppm増 加 した 。 両 者 の違 い は 、 堆積 過 程 を考 慮 し た 系で 堆 積 過 程の 変 動 に 伴い 海 水 中の炭 酸系物 質と栄養 塩の総 量が変 化した ことに 起因し た。
こ れまで の堆積 モデル は、堆積 過程を 生物攪 拌が起こる10cmで活発化すると仮定され、モデル深度を 10cmに制限されていた。しかしながら、本研究では10cmより深いところで起こる堆積過程を考慮するこ とで、 準定常的 ではな く長時 間変動 を含め た堆積 過程の応答にも着目した。本研究結果は堆積過程が 海 洋 炭素 循 環 お よび 大 気 中 二酸 化 炭 素 分圧 の 変 動へ大 きく寄 与するこ とを示 してお り、こ れは氷 期―間 氷期サイ クルの 気候変 動にも 関連し ている 。
審 査員 一 同 は 以上 の 研 究 成果 を 高 く評価 し、ま た研究 者とし て研鑚 を重ね ており 、その研 究に対 す る 態度 も 誠 実 かつ 熱 心 で ある こ と、 取得単 位を満 たした ことを あわせ、 申請者 が博士 （地球環 境 科 学） の 学 位 を受 け る に 十分 な 資 格 を有 す る も のと 判 定 し た。

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