学術助成報告

令和元年度伊藤光昌氏記念学術助成金（研究助成）成果報告書
研究課題番号

H31‑R1

研究課題名

北太平洋および南太平洋における微量金属のストイキオメトリーと断面解析

研究代表者

鄭所属・職
（または学年）

京都大学化学研究所

研究目的

臨潔助教

鉛直分布に基づいて保存型，スキャベンジ型およ

今まで，私たちは，当研究室が開発した多元素

びリサイクル型（または栄養塩型）に分けられて一括分析法をろ過海水および未ろ過海水に適用し，いた（Elderﬁeld, 2003）．本研究の結果によれば，北太平洋における 3 つの GEOTRACES Japan 白

北太平洋では 9 元素が従来のように簡単で分類で鳳丸航海［（KH-05-2, 160ºW），（KH-11-7, 165ºE），きない．微量金属の分布は，その元素の化学的お（KH-12-4, 47ºN）］で採集された微量金属 9 元素

よび生物的作用により，生物過程と海洋大循環に（Al, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb）の溶存態，様々に影響される．今まで，従来スキャベンジ型全可溶態および置換活性粒子態の鉛直断面分布をに分類された Al, Mn, Co, Pb とハイブリッド型の明らかにした．これらの 9 元素は，生物必須元素

Fe の 結 果 は， そ れ ぞ れ 国 際 誌「Geochimica etまたはトレーサーとして海洋学で最も重要なキー

Cosmochimica Acta」，「Scientiﬁc Reports」に発パラメータである．本研究の目的は，深層循環の表した．以下それぞれの論文の概要を述べる．

終点である北太平洋に注目し，これらの元素と生

1．Zheng, L., Minami, T., Konagaya, W., Chan,

物生産や海洋大循環との相互作用を明らかにする

C.Y., Tsujisaka, M., Takano, S., Norisuye, K. andことである．

Sohrin, Y. (2019) Distinct basin-scale-distributionsof aluminum, manganese, cobalt, and lead in the

研究内容・成果

North Pacific Ocean. Geochimica et

北太平洋の表層では，北緯 40 度の北に，親潮，

Cosmochimica Acta 254, 102‒121.

北太平洋海流，アラスカ海流，およびアラスカス
・lpMs と dMs

トリームで形成される反時計回りの北太平洋亜寒帯循環がある．亜寒帯前線の南にある北太平洋亜Al, Mn, Co, Pb はスキャベンジ型金属に分類さ熱帯循環は，黒潮続流，北太平洋海流，および北れてきたが，dMs と lpMs の間のスペシエーショ

赤道海流から構成されている（Yuan & Talley,

ン が 大 き く 異 な る．lpAl/tdAl 比 は 0.66 ± 0.311996）．北太平洋の中層では，北太平洋中層水（average ± sd, n = 489），lpMn/tdMn 比 は 0.24（NPIW），南極中層水（AAIW），赤道太平洋中± 0.24（n = 628），lpCo/tdCo 比 は 0.12 ± 0.18

層水（EqPIW）の 3 つの主要な水塊がある．3 つ（n = 620），lpPb/tdPb 比は 0.02 ± 0.08（n = 575）の 水 塊 の 中 で，NPIW は 深 さ 200〜800 m に，で あ る．lpMs/tdMs 比 を 制 御 す る 主 な 要 因 は，

EqPIW は 深 さ 700〜1000 m に，AAIW は 深 さ

海水中イオンの粒子への吸着である．吸着は表面600〜1100 m に位置している．北太平洋の深層で錯形成モデルによって説明される（Li, 1981）．表は，周極深層水（CDW）と PDW が存在する．

面錯体の安定性は，金属イオンの第一加水分解定

微量金属は，従来の教科書では，溶存態濃度の数と線形関係がある．Al は海水中で 3 価の陽イ

Transactions of The Research Institute ofOceanochemistry Vol. 33 No. 1, Apr., 2020

49

オンを形成するため，加水分解定数が最も高く，アロゾル中のと同程度であり，人為起源エア

lpMs/tdMs 比が最も高い．

ロゾルの沈降が海水中 dPb の主な供給源であることを示唆した．

・Al が示す地殻起源

アロゾル中のAl は，陸源物質のトレーサーであり，北太平（dMn）と（dCo）はエより約 100 倍も高く，これらの金属にとってエアロゾルよりも海洋内部の還元的洋における下部周極深層水（LCDW）の追跡に供給源が重要であることを示した．

有用であることが分かった．dAl は，LCDW が2．Zheng, L. and Sohrin, Y. (2019) Major

北太平洋の南から北に流れるにつれ減少した．

lithogenic contributions to the distribution andLCDW が北太平洋を流れると，dAl は徐々に粒

budget of iron in the North Pacific Ocean.

子に吸着除去され，dAl 濃度が低くなる．

Scientiﬁc Reports 9, 11652.

・Pb の人為起源

・lpFe と dFe

Pb は， 亜 表 層（200〜300 m） に 極 大 が あ り，
この極大はポテンシャル密度差約 26

北 太 平 洋 全 体 で lpFe/tdFe 比 は 0.64 ± 0.23

σ を中心で，（n = 625）であり，lpFe が tdFe の支配的な化学θ

北太平洋において西から東に向かって減少する傾形であることが分かった．lpFe/tdFe 比を制御す向がある（図）．中国，日本，ロシアから人為起る主な要因には，Fe の植物プランクトンによる源の鉛は，偏西風によりエアロゾルとして北太平

取り込みおよび粒子への吸着と考えられる．Fe

洋に運ばれ，海洋表層に沈降し，表層混合層に溶は重要な必須元素であり，海水中で 3 価の陽イオ解し，北緯 35 度の深さ約 200 m を中心に広がっンを形成し，粒子に吸着されやすいため，高いていることを示した．

lpFe/tdFe 比を示すと考えられる．

・濃縮係数

・dFe の供給源

私たちは，海水中溶存態微量金属の濃縮係数

本研究は，大陸斜面からの Fe の供給は一般的（dM）=（dM/dAl）海水 /（M/Al）上部地殻 が，元素な現象で，還元的堆積物からの Fe の溶出，植物の供給源の指標となることを提唱した．この式でプランクトンによる Fe のぜいたく取り込み，そ（dM/dAl）海 水 は 海 水 中 の dMs と dAl の 濃 度 比，の後の沈降粒子および大陸斜面からの Fe の再生（M/Al）上部地殻 は上部地殻中の金属と Al のモル比が原因であると提唱した．

を指す．本研究の結果によれば，（dPb）はエ・北太平洋における Fe の現存量
本研究は，北太平洋における tdFe，dFe，およ び lpFe の 現 存 量 は そ れ ぞ れ 1.1 × 10 mol，
122.8 × 10 mol, お よ び 8.2 × 10 mol で あ る と 推
1111定した．

図：亜表層にある tdPb 極大の水平分布

50

海洋化学研究第33巻第 1 号

令和 2 年 4 月