博士 （水産 学）渡 邉．壁 彑
且学 位論 文 題 名
海水中のトリチウムと海洋学へのその応用― 北 西部 北太 平洋 とそ の 縁辺 海に つい て―

学位論文内容の要旨
大気から海洋への物質の取り込みを考えるとき，海水の動き，特に中深層への表面水の沈み込みの程度が重要な因子となる。すなわち，中深層水が形成される海域やその周辺海域で，大気から物質を積み込んだ中深層水がどの程度の量形成され，どの程度のタイムスケールで動いているのかを知ることが必要となる。
一方，大気から海洋への物質除去の全球的な見積りに対して，全海洋の約四分のーを占める北太平洋とその沿岸域，特に，高緯度海域である北部北太平洋は大きな鍵を握っている。冬の北部
北太平洋は低温で，冬季の荒天下に一挙に大気―海洋間の気体交換が起こり，このとき，表面水の冷却などにより，中層水が形成される。この中層水が大気から二酸化炭素などを大量に溶かし込んでいる可能性がある。このようなことを起こる北太平洋唯一の場であることから，この海域の果たす役割は大きい。このため，これらの海域での中層水の動きを知ることが必要となる。
これまで，北部北太平洋域やその緑辺海では，塩分、水温，流速計などを用いた物理的手法による解析が行われてきた（例えば，Shuto，1981；Ohtani，1989)。しかし，水塊の形成量やその寿命などの動きを見るには，時間軸をもち，中深層水のような表層の流れに比べてかなり遅い動きでも追える化学トレーサーが有効である。化学卜レーサ―には，トリチウ厶（H），放射性炭素（t＾C），ク口口フルオ口カーボン類などがあるが，この内，表層からの中深層水の形成量や その 寿 命， 経年 変化 を見るには，数 十年位の時間軸をもっトリチ ウムが優れている。
トリチウムは，1960年代に水爆実験により人工的に大量に生成され，その多くが水分子(HTO)の形で大気から海洋表層へもたらされた。その半減期が12.
4年であることと水分子として海洋中に存在していることから，トリチウムを数十年単位のタイムスケールで動く水塊を研究するのに有効な化学トレーサーなのである。
そこで，このトリチウムを中心に，北部北太平洋とその縁辺海の一部をなす親潮海域（北西部北太平洋）と日本海で，その中深層水の動きを解析した。

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ま ず， 日 本海 で1987年に 観測 を 行っ た。 日 本海 は水 深 130mにも 満 たな いシ ル をも つ4っ の海
峡 によ っ て太 平洋 や オホ 一｀ ソク海 と隔てられている 。その平均水深は 1350m，最 大水深は3725mである 。日本海の水深200m
以深の水は低温（0．O〜1．O℃），低塩分(34.0〜34．1）の特徴を持ち，
日 本海 固 有水 と呼 ば れる 。そ の 溶存 酸素 濃 度は 約230,ct mol/kg
であり ，太平洋の深層水と 比較
し てか な り高 い。 ま た， その 密度は 同一深度の太平洋 のものより小さい 。これらのデ一夕か ら，冬 季に 表 層水 が冷 却 され ，沈 降する ことにより活発に 日本海固有水が形 成されていることが 示唆されて きた。(
Suda，1932；Shuto，1981)。
本研 究 のト リチ ウ ムの 結果 で も， 水深 2000m付 近ま でその濃度が検出 され，かなり日本海 の鉛直 混合 が 活発 であ る こと を示 した。 そこで，このトリ チウムのデータを ，物理的な観測結果 に基づ い て 日 本 海 を 3っ に 区 切 っ た ボ ッ ク ス モ デ ル （ Harada and Tsunogai，1986)に 適 用し て日本 海水 の 鉛直 混合 に 要す る時 間と， 日本海の水が日本 海内に留まってい る時間を見積もった 。その 結果 ， 前者 は100年程 度 ，後 者は1000年程 度となった。このこ とは，日本海では 100年程度 で鉛直混合 が起こり，この過 程を10回程度繰り返 した後に太平洋ヘ 水が出ていくこと を意味している。
さら に ，こ の結 果 から ，日 本海で の大気から海洋へ の二酸化炭素の取 り組み速度（交換速 度）
を 見 積も っ たと ころ ， 1． 5m/dayとな っ た。 この 値 は， 海洋 全 体で の平 均 的な 二酸 化 炭素 交換
速 度 3． 3m/day（ Broecker and Peng，1982)の ほ ぼ半 分で あ る。 この こ とか ら， 日 本海 では
水 の鉛 直 混合 は活 発 で， 表層 水と中 深層水との交換が 麕んに行われてい るが，表面で積み込 まれ
る 二 酸 化 炭 層 の 量 は 全 海 洋 平 均 の 約 半 分 でし かな いこ とが 明ら かと なっ た 。
次に 北西部北太平洋（ 親潮海域）に注目し た。北西部北太平 洋域fま，オホ一｀ソク海やべーリン
グ 海に 起 源を もつ 親 潮海 域で あ り， ここ が 北太 平洋 で 唯一 中層 水 （〜 水深 1000m)を形成す る可能 性の あ る海 域で あ る。 この 海域で も，主に塩分，水 温，流速による水 塊の動態の研究が行 われて き た （ 例 え ば ， Ohtani， 1989)。 こ の 海 域 で の 化 学 卜 レ ー サ ー の 観 測は 197
3年 のGEOSE
CS
計 画 （Ostlund and Brescher， 1982)の 教測 点の み であ った 。 そこ で， こ の親 潮海 域 で， 1988〜1989年にかけて14測点 でトルチウムを観測 した。
その 結 果， 本研 究 で得 た海 水中の トリチウムの存在 量は，予想される 大気からの降下量(Weissand Roether， 1980)に 比 べ て ， 平 均 63％ し か 存 在 し な か っ た 。 ま た ， 1973年 の GEOSECSのト リチ ウ ムの 平均 存 在量 87％ に比べ ても低いものであ った。大気からの 降下量よりも存在量 が下回 るこ と と， 1973年 に比 べて 本研究 での存在量のほう が低かった事実か ら，この親潮海域か ら水平的に トリチウムが系外 に運び出されている ことが示唆された 。
しか し，この内，オホ ー｀ソク海に面した 西部海域ではトリ チウム存在量が約 80％もあり，平均29−

値を 大きく上回っていた。等密度面（びe=ニ26.60，26.80，27.00，27.20，27.40：水深100〜1000m)上 で 見 て も ， こ の 西 部 海 域 の ト ｜ Jチ ウ ム 濃 度 が 他 の tlII]点 よ り も 高 か っ た 。
そこで，この西部海域の水がオホー・ソク海とべーリング海に起源をもっこと（Favoriteetal．，
197
6， Ohtani， 1989)か ら， こ の 海 域 の水 深200〜1000mの 中層水 がオホ ーツク 海お よびべ ーリ
ング 海付近 の表 層から 冬季に 沈み込 み，水 平的 にこの 西部海 域に運 ばれて互いに混合し形成されてい るもの とし て，い つ頃に 表層か ら潜り 込ん だもの がこの 海域に 到達しているのかを求めた。
その 結果， び臼 =27．00（水深 約400m） 以浅の 中層 水は1980年 以降 ，また，口臼=27.00〜27．40（ 水 深 約400〜 1000m)の中層水は1970年 頃に 沈み込 んだも のがこ の海 域に到 達して いるこ とがわか った。 さら に，溶 存酸素 濃度と 組み合 わせ ると，口臼=27.00〜27.40の中層水は1970年以前に潜 り込ん だべ ーリン グ海起 源の水 と1970年 以降に 形成 された オホー ツク海起源の水が混ざっていることが示唆された。
これ らの 結果か ら，び 臼=2r.
OO
以 浅の 中層水 はオホ 一｀ソ ク海や べーリング海の表層から沈み込み10年程度かかって，一方，口臼ニニ27． OO
I‑j
深の水は約20年程度かかってこの西部海域に到達していることがわかった。
以上 のよ うに， 親潮海 域で， はじ めて時 間軸を もつ化 学トレ ーサ ーにより中層水の動きを定量的に明らかにし，その形成年代を求めた。
また ，北 太平洋 高緯度 域の縁 辺海 である 日本海 で，水 の鉛直 混合 に要する時間と日本海内に水が留 まって いる 時間を 求め， その動 態を明 らか にした 。さら に，日 本海での大気―海域境界面における二酸化炭素の交換速度を明らかにした。

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学 位論文審査の要旨
主査 教授
副査 教授
副査 教授
副査 教授
副査 教授
副査 助教授

角 皆静男
大 谷清隆
梶 原昌弘
米 田義昭
松 永勝彦
乗木新一郎

全 海 洋の 4分 の 1を占 め る 北太 平洋， 特に高 緯度 海域の 水の流 れを定 量的 に把握 するこ とは，大 気から 海洋 への物 質除去 などの 近年問 題に なって いる種 々の現 象を 全球的 に解く上で重要である 。その 海水 流動の 内でも ，海洋 表面で物質を積み込んだ中深層水の流れが関係する問題が多い。
そ こで， この 中深層 水の流 れに注 目し， その 形成量 ，寿命 ，行方 など を時間 軸をもつ化学トレー
サ ー で あ る ト ル チ ウ ム を 用 い て 定 量 的 に 明 ら か に す る こ と を 目 的と し た 。
方 法と しては ，（1）北太平洋で唯一，中層水が形成されている北太平洋高緯度海域（親潮海域）と(2)
4っの 浅い海 峡に隔 てら れ，孤 立し， 単純な 水塊 構造を もつ日 本海に おいて，海水試料を得て ，トル チウ ム濃度 の断面 図を描 くこと とし た。
本 研究 の成果 は以下 の通り であ る。
ま ず ，中 深 層 水 の 海 水流 動 に先だ って， 海水中 のト リチウ ムの分 析法の 開発改 良を 行った 。
（1） トリチ ウムは大気中にその供給源があるため，海水中では濃度が低い。そこで，電気分角罕による 水素の 同位体分冐l亅効果を利用してトリチウム濃縮を試み，電極板や電流等の条件を工夫して 海水中 のトリ チウ ムを12倍 程度に 再現 性よく 濃縮し ，液体 シン チレーション法で測定するこ とを確 立した 。
太平 洋 の 中 深 層水 の 流 動と の比較 と，さ らに トリチ ウムが 海水流 動ト レーサ ーとし て優れている ことを 示すた め， 水塊構 造が太 平洋に 比べ て単純 である 日本海 において海水試料を得て，ト ルチウ ムを測 定し ，以下 のこと を明ら かに した。
(2）水 深2000m以深で も高濃 度の トリチ ウムが 検出さ れ， 1960年代以 降に 表層に あった 水がす
でに 水深2000m以深 にまで 潜り 込んで いるこ とをみ っけ た。こ のこと から， 鉛直混 合が 活発である ことを 示した 。
（3） 日本海 水の 流動を 定量的 に把握 する ために ，この トリチウムのデータと，物理的な観測事‑31一

実を基 に3っのボ ック スに日 本海を 区切っ たモデ ルを っくり ，これ を応用 した 。そし て，日本海水 の鉛 直混合 に要す る時間 が100年程 度と短 く，鉛直混合が活発であるにもかかわらず，
日本海 内に は1000
年程 度も 留まっ ている こと（ っま り，10回 程度鉛 直混合を繰り返してから
日本海 の外 へ出て いく） を明ら かにし た。
(4)
さ らに， この日 本海 水の流 動の結 果に炭 素の物 質収 支を入 れて， 日本海 での 大気― 海洋間の 二酸 化 炭 素 の 交換 速度が 全海洋 の平均 値の約 半分 の1．5m/da
yでしか ない という 結論を得た。 これ らのこ とから ，日本 海では ，冬 季の冷 却によ り水の 鉛直 混合は活発であるが，深層水が 形成 される 日本海 北部は 比較的 穏や かで， 海面を 通して の気 体の交換は活発ではないことを 明ら かにし た。
次に， 親潮 海域（ 北西部 北太平 洋域） では ，オホ 一｀ソ ク海内 と， ベーリング海から日本沿岸域に かけ て測点 を設け ，海水 試料を 採取 してト リチウ ム濃度 の断 面図をっくり，これを解析する こと で以下 のこと を明ら かにし た。
(5)
水 深 1000m以 深 では トリ チウム は検出 されず ，1000m以深 にtま，1960年代以 降に表 層から潜り込 んだ 水塊が 貫入し ていな いこと をみ っけた 。
(6）また ，こ の親潮 海域で は，大 気から の供 給量に 対する 海水中 のト リチウムの存在量（残存量）が 平均 して63％ しかな く， このこ とから ，表層 水がこ の海 域の外に流れ出ていて，その代わり に深 層水が 湧昇し ている ことを 確認 した。
(7)
さ らに，このトリチウムの結果と物理的な観察事実とをあわせて，オホー｀ソク海またはべーリング 海内 で表層 水が冷 却され ，沈み 込む ことに よって 生じた 中層 水が，等密度面に沿って水平的 に運 ばれ， ウルッ プ島沖 までに 到達 するの に，水 深400m
以 浅では 10年以 内，水 深400〜1000mでは 約20年か かっ ている ことを 明らか にした 。
こ れら は ， 親 潮 海域 におい て，は じめて 時間軸 をも つ化学 トレー サーに より 中層水 の動きを定量 的に 研究し たもの である 。
以上， 本研究 によっ て得 られた 成果は ，化学 的手 法を用 いて海 水の動 き，特に中深層水の流動を 時間 軸をっ けて定 量的に 明ら かにし た点で 意義は 大きい 。よ って， 博士の授与にふさわしいもの と認 められ る。

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