博士 （ 地球 環境 科 学） 荒巻 能史
学位論文題名
Study onseawatercirculation inthewesternN
orthPacificand its marginal sealntheVleWpointofdiStribution
OfradiOCarboninSeaWater（海 水 中の 放 射 性炭素 分布から 見た西部 北太平洋とその 縁辺海の海水循環 に関する研究）

学位論文内容の要旨
海水中に溶存態として存在する放射性炭素（以下、1 C）は、主に海洋表面を通じて大気 中二酸化炭素によってもたらされ、海水とともに流動し、時間の経過とともにその 存在量を 減少させ る（半減期 5730年）ため 、海水循 環、特に深層水循環のトレー サー（追 跡子）と して有効で ある。一 方、1950年代 以降の核実験等による人為的 な14Cが環境 中に大量 に放出され た。この 核実験由 来の｜ヰCは、過去50年間の大 気―海洋間の二酸化炭素ガス交換、あるいは海洋表層から中層域での海水循環に情 報を与えるトレーサーとしての役割を持つ。本研究では、西部北太平洋海域及びその緑辺海において広範な14Cの測定を行いゝ、当該海域の海水循環機構を化学的に検証した。
本研究で は、多数 の試料を 効率よく、 かつ高精 度で分析 及び解析するために、海水 中 の 14C測 定法と して加速 器質量分 析装置（ AMS）を採用 した。AMS法は 、従来法である8カウンテイング法に比ベ、測定精度で若干劣るものの、試料の絶対量、計測時間 など多数の試料を効率よく測定するには最も優れた方法である。日本原子力研 究 所 むつ 事業 所は、1997年 にAMSを設置 し、測定 の最適条 件等を検討 して現行の世界最高水準である測定精度（繰り返し精度）、0．2％以下を達成した。標準試料よる確 度の確認では概ね良好の結果を得たが、バックグランド値が他の研究機関に比べて 高い値（ 試料年齢 にして約5万年前）を示した。しかし、海水の循環は、深 層 水 循 環 で も 2千 年 程 度 で あ り 、 本 研 究 遂 行 に は 支 障 は な い 。
西 部 北太 平 洋海 域 、 東経 165度上 に お ける 詳細な 1990年代初頭 の14C鉛直分布を明らかにした。Broeckerら（1995）の方法を用いて天然由来及び核実験由来の14C―332―

に分 割し て解 析す ると、極前線を越えた北緯40度以北では密度27. 2a。以上の深層水中に核実験由来の14Cが存在するが、北緯40度以南には存在しない。さらに1973
年に 採水 され たGEOSECSの結 果と 比較 する と、 この20年余に北緯15度以北で核実験由来の14Cが20−30％増加していた。これを各緯度帯で比較すると、中層における増加分に対応しており、亜熱帯域中層に蓄積されているよう見える。これは亜寒帯域の中深層にまで溶け込んだ核実験由来のI4Cが、北太平洋中層水に取り込まれ南下し、亜熱帯域中層に運ばれていることを示している。また本研究で得られた深層水（密度27. 2a。以上と仮定）中の14Cを基に、「海水の年齢」を算出した。最も古い海水は北緯35―40度の水深2000―2500mに存在し、約2000年と見積もられた。
赤道 域深 層で は約 1500年であり、当該海域では鉛直方向の混合に比ベ、水平方向の移流が格段に大きいことが検証された。
1997年、IAEAーMEL（国際原子力機関ー海洋環境研究所）が実施した南西部北太平洋海 域に おけ る海 洋放射能調査に参加し、GEOSECSにおける観測点と同一の3地点においてI4C測定を行った。水柱に含まれる核実験由来の1ヰC存在量を1973年時と1997年時 で比 較し た結果、全ての観測点で30％程度ずつ増加していることが分かった。詳細に解析すると、密度26. 2U″以下の表層水では減少、逆に26.2−26.8a8の中層水では増加していることが明らかとなり、上述の結果を支持するものであった。
太 平洋 の緑 辺海 であるオホーツク海と太平洋の主要な海水交換の場と推測され
てい るブ ッソ ール 海峡周辺において14Cを測定した。14Cと密度の鉛直断面を比較するとよく一致していたが、プッソール海峡では、水深0―400mでほぼ同一の濃度を示し、表層一亜表層間で激しい上下混合の様子が観測された。この結果は、潮汐混合の影響ではないかと推測している。さらに密度27. 3a。以下の海水について核実験由来の14C存在量を太平洋とオホーツク海で比較した結果、オホーツク海の方が有意に多いことが明らかになった。この事実は、両者間の海水特性の相違を表しており、海峡周辺の激しい上下混合によって太平洋一オホーツク海間の海水交換が本質的には小さいということを示唆しているのかもしれない。

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学位 論文審査の要旨
主査

教授

角皆静男

副査

教授

垂木新一郎

副査

助教授

田中教幸

副査

助教授

渡辺副査

教授

若土 正暁（北 大低温科学研 究所）

副査教授

蒲 生俊 敬 （北 大 大学 院 理学 研 究科 ）豊

副 査 研究 主 幹渡 邉 修一 （ 海洋 科 学技 術 セ ンタ ー ）学 位 論文 題 名Study on seawater circulation in the western North Pacificand its marginal sea in the viewpoint of distributionof radiocarbon in seawater（海水中の放射性炭素分布から見た西部北太平洋とそ の 縁 辺 海 の 海 水 循 環 に 関 す る 研究 ）海水中に 溶存態 として 存在す る放射 性炭素 （以下 、14C）は 、主に海洋表面を通じて大気中二酸化 炭素に よって もたら され、 海水と ともに 流動し、 時間の 経過と ともに その存 在量を減少させる（ 半減期 5730年） ため、海 水循環 、特に 深層水 循環の トレー サー（ 追跡子 ）として 有効である。
一 方 、 1950年 代以降 の核実 験等に よる人 為的な 14Cが環境 中に大 量に放 出され た。この 核実験 由来 の14Cは 、過去50年間の 大気ー海 洋間の 二酸化 炭素ガ ス交換 、あるいは海洋表層から中層域での海 水循環 に情報 を与え るトレ ーサー として の役割を 持つ。 そこで 申請者 は、こ れまで観測がほとん ど行わ れてい ない西 部北太 平洋海 域及び その縁辺 海にお いて広範な14Cの測定を行い、当該海域の 海水循 環機構 を化学 的に検 証した 。
多数の試 料を効 率よく 、かつ 高精度 で分析 及び解 析する ために、海水中の14C測定法として近年
開 発 さ れ た 加 速 器 質 量 分 析装 置 (AMS)を 採 用 し た。 AMS法 は 、従 来 法 で ある pカ ウ ン テ イン グ法 に比ベ 、測定 精度で 若干劣 るもの の、試 料の絶対 量、計 測時間 など多 数の試 料を効率よく測定す る に は 最も 優 れた方 法である 。日本 原子力 研究所 むつ事 業所は 、1997年に AMSを設置 し、測 定の 最適条 件等を 検討して現行の世界最高水準である測定精度（繰り返し精度）、0.2％以下を達成した 。標準 試料よ る確度 の確認 では概 ね良好 の結果を 得たが 、バッ クグラ ンド値 が他の研究機関に‑ 334−

比べて高 い値（ 試料年 齢にし て約5万 年前） を示し た。し かし、 海水の循 環は、 深層水 循環でも2千年程度 であり 、本研 究遂行 には支 障はな いと判 断され る。
西部北 太平洋 海域、東 経165度 上にお ける詳細な1990年代初頭の￣。C鉛直分布を明らかにした。
Broeckeretal．（ 1995）の方法を用いて天然由来及び核実験由来の14Cに分割して解析すると、極前線を越え た北緯 40度以北 では密 度27.2び 8以上の 深層水 中に核実 験由来 の14Cが 存在する が、北緯40度 以 南 に は 存 在 し な い 。 さ ら に1973年 に 探 水 され た GEOSECSの 結 果と 比 較 す ると 、 こ の 20年余に北 緯15度 以北で核 実験由 来の14Cが20―30％ 増加し ていた 。これを各緯度帯で比較すると、中層にお ける増 加分に 対応し ており 、亜熱 帯域中 層に蓄 積されて いるよ う見え る。こ れは亜寒帯域の中深 層にま で溶け 込んだ 核実験 由来の 14Cが、北 太平洋 中層水に取り込まれ南下し、亜熱帯域中層に運 ばれて いるこ とを示 してい る。ま た本研 究で得 られた深 層水中の14Cをもとに、「海水の年齢 」 を 算 出し た 。最も 古い海 水は北 緯35―40度 の水深 2000−2500mに 存在し 、約2000年 と見積もられた 。赤道 域深層 では約 1500年であ り、当 該海域 では鉛 直方向 の混合 に比ベ 、水平 方向の移流が格段 に大き いこと が検証 された 。
1997年 、 IAEA‑MELが 実施し た南西 部北太 平洋海域 におけ る海洋 放射能 調査に 参加し 、GEOSECSにお け る 観 測点 と 同一の 3地点に おいて 14C測定を 行った 。水柱 に含ま れる核 実験由来 の14C存 在量を 1973年 時 と 1997年 時で 比 較 し た結 果 、全 ての観 測点で 30％程度 ずつ増 加してい ること が分かった。 詳細に 解析す ると、 密度26.2dB以下の 表層水で は減少 、逆に26.2―26.8び8の中層水では増加 し てい る こと が 明ら か とな り 、上 述の結果 を支持する ものであっ た。
太平洋 の縁辺 海である オホー ツク海 と太平 洋の主 要な海 水交換 の場と 推測され ている ブッソー
ル海峡周 辺にお いて14Cを測定し た。14Cと密度 の鉛直断 面を比 較する とよく 一致し ていたが、ブッソール 海峡で は、水 深0・400mでほぽ 同一の濃 度を示 し、表 層―亜表層間で激しい上下混合の様子が 観 測 さ れた 。 この結 果は、 潮汐混 合の影 響ではな いかと 推測し ている 。さら に密度 273a8以下の海水 につい て核実 験由来 の¨C存 在量を 太平洋 とオホ ーツク 海で比較した結果、オホーツク海の方が有 意に多 いこと が明ら かにな った。 この事 実は両 者間の海 水特性 の相違 を表し ており、海峡周辺の 激しい 上下混 合によ って太 平洋―オホーツク海間の海水交換が本質的には小さいかもしれないとい う結論 を得た 。
審査員 一同は 、これら の研究 成果を 高く評 価した 。また 研究者 として 研鑽を重 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 となど も併せ 、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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