第 37 回海洋化学学術賞（石橋賞）受賞記念論文

西部北太平洋時系列観測研究による
生物ポンプに関する研究
本1．はじめに多牧

生＊

30 年以上，このセジメントトラップを用いて西産業革命以降に顕著になった人間活動により放部北太平洋の生物ポンプの観測研究を行なってき出された大気中二酸化炭素（CO2）の増加により，た．ここでは同観測研究および並行して実施され地球温暖化が進行中であり世界全体の深刻な問題た海洋観測研究，衛星データ解析，数値シミュとなっている．IPCC AR6（2021）によると 2010

レーション研究で明らかになった西部北太平洋の年台における人為起源 CO2 放出量は炭素換算で生物ポンプの特徴，そしてセジメントトラップで年間約 11 ギガトン（GT-C）と見積もられている

明らかになったユニークな事象について紹介する．

が，そのうちの約 1/4（2.5GT-C）は海洋が吸収

2．時系列式セジメントトラップ

している（ちなみに大気への残存量：約 2/4，陸上森林への吸収量：約 1/4）．また海洋には大気

セジメントトラップとは沈降粒子を集める主に

中 CO2 総量の約 60 倍の CO2 が貯蔵されており，筒型もしくは円錐型の海洋が地球上の CO2 循環を制御していると言っ

年台後半から湖沼や近海で，船から吊り下ろしたても過言ではない．海洋が CO2 を吸収する（海り，あるいは浮力材，ロープ，重錘を用いて係留

洋内部へ輸送する）メカニズムは溶解ポンプしたりして，沈降粒子が捕集されていた．ただし

生物ポンプ（もしくは生物炭素ポンプ） に生物ポンプは季節変動するため時間分画して時系と大別できる． 溶解ポンプ

バケツである．1970とは海水へ物理化学

列的に沈降粒子を捕集することが望まれた．1980

的に溶解した CO2 が海水流動に伴い海洋内部へ

年台後半に円錐型のバケツの底に複数の防腐剤入輸送されるメカニズムである．それに対して

生

沈降粒子捕集カップを設置し，それらが自動的にとは海洋表層有光層の植物プランクト

交換され様々な季節の沈降粒子を時系列的に捕集ンが光合成により CO2 を吸収し，それが死後に可能な時系列式セジメントトラップが開発された他の物資を加えて凝集化して，あるいは動物プラ（Honjo and Doherty 1988）（図 1）．1980 年台後

ンクトンに捕食され一連の食物連鎖を介して，主半から 2000 年にかけて，海洋の CO2 吸収能力・に粒状態有機炭素（POC）として海洋内部へ沈海洋内循環を含め海洋の物質循環を総合的に解明降していくメカニズムである．ちなみにこの沈降する国際的プロジェクト Joint Global Ocean Flux

粒子を英語ではマリンスノーと呼ぶが，これは誇

Study（JGOFS）（http://ijgofs.whoi.edu/） が 実

らしいことに日本人研究者が命名した（Suzuki

施 さ れ た． 時 系 列 式 セ ジ メ ン ト ト ラ ッ プ はand Kato, 1953）．この沈降粒子の実海域におけJGOFS の 中 心 的 観 測 装 置 と し て， 世 界 の 海 のる観測研究に沈降粒子捕集装置セジメントトラッ

様々な水深に設置された．その結果，炭素を中心プが用いられてきた．筆者は 1990 年台初期からとした化学成分が，いつ，どこで，どれぐらい，物ポンプ

海洋研究開発機構＊

地球表層システム研究センター・シニア上席研究員
42 回石橋雅義先生記念講演会（令和 4 年 4 月 23 日）講演

Transactions of The Research Institute of
Oceanochemistry Vol. 35 No. 2, Oct., 2022

99

浮力材

セジメントトラップ

浮力材（ガラス玉）

捕集カップ
切離装置
シンカー

図 1．時系列式セジメントトラップ

どのように，そしてどの深さまで鉛直輸送される珪藻であることと調和的であった．また植物プラかが明らかになってきた．

ン ク ト ン の CO2 吸 収 効 率 の 指 標 と な る 有 機 炭
素／無機炭素フラックス比（通称 rain ratio）が3．西部北太平洋の生物ポンプ

高いことが明らかとなった（Honda et al. 2002）．

日本では，1997 年から 5 年間，JGOFS 北太平

さらに世界の代表的海洋観測定点（PAPA：東部

洋プロセス研究（通称 KNOT プロジェクト）が北太平洋亜寒帯アラスカ湾，ALOHA：太平洋亜実施された（Saino et al. 2002）．筆者はこのプロ

熱帯ハワイ沖，BATS：大西洋亜熱帯バミューダ

ジェクトで時系列式セジメントトラップを用いて，

沖）と比較すると，海洋表層から海洋中層へ輸送

西部北太平洋亜寒帯循環域の生物ポンプの観測をされる POC：輸出生産力（Export ﬂux），その基おこなった．さらに KNOT プロジェクト以降も礎 生 産 力 に 対 す る 割 合： 輸 出 生 産 率（Export

同海域もしくは西部北太平洋亜熱帯海域でセジメ

ratio）， そ し て 深 海 ま で 輸 送 さ れ る POC 量 のントトラップ観測を行ってきた．その結果，以下Export ﬂux に対する割合：輸送効率（Transferのような知見が得られた．

eﬃciency）が高く，西部北太平洋亜寒帯には CO2
吸収に関して効率的な生物炭素ポンプが存在して（1）高い生物起源オパールフラックス，濃度，有いることが示唆された（Honda 2003）．

機炭素／無機炭素フラックス比（rain ratio），
輸出生産力，POC 輸送効率

（2）沈降速度1997‒2001 年に実施した西部北太平洋亜寒帯域

2005 年 3 月から 1 年間，中層域（100 m‒1000 m．

の観測定点 KNOT（44 N / 155 N）におけるセ

通称トワイライトゾーン）の沈降粒子フラックス

ジメントトラップ観測の結果を世界で行われたセを観測するために，KNOT を引き継いだ亜寒帯

ジメントトラップの結果と比較した．その結果，観測定点 K2（47 N / 160 E）の水深 150 m に時西部北太平洋亜寒帯域の生物ポンプの季節変動は

系列式セジメントトラップを設置した．一方，水他の海域に比べて大きいこと，また沈降粒子の主深 40 m に自動採水装置を設置し，栄養塩濃度の要成分が生物起源オパールであることが確認され時系列変化と沈降粒子フラックスの時系列変化をた．これは同海域の植物プランクトンの優占種が同時観測した．その結果，栄養塩の溶存ケイ酸塩

100

海洋化学研究第35巻第 2 号

令和 4 年 10 月

が急激に低下し始めた一週間以内には水深 150 m

深 40 m に設置した水中光測定装置で得られた複のセジメントトラップの生物起源オパールフラッ

数の波長光の割合から推定した約 1 年半の基礎生

クスが増加し始めた（図 2）．計算の結果，この

産 力 と 水 深 150 m，500 m，1000 m， お よ び

水深での生物起源オパールの沈降速度は 15 m／

4800 m に設置したセジメントトラップで観測さ日（110 m／7 日）以上であることが明らかとなっれた POC フラックスの時系列変化を比較した．

た（Honda and Watanabe, 2007）．また同じく水

その結果，晩春期に見られた基礎生産力ピークと，

50

2005
Mar.

Apr.

May

Jun

Jul.

Aug.

Sep.

250

4

30

N-Si(OH)
溶存ケイ酸塩濃度-1(µµmol kg )40200

溶存ケイ酸塩
150

35

100

生物起源オパール
フラックス

25

50

20
15

80

120

160

200

生物起源オパール-2-1
Opal flux (mg m day )
フラックス

45

0

240

Julian day

図 2．水深 40 m における溶存ケイ酸塩（折れ線グラフ）と水深 150 m における生物起源

Fig. 6. N-Si(OH)4 concentrations
between 20 March 2005 and 20 September 2005
(line graph)biogenic
opal flux at 150 m
オパールフラックス（棒グラフ）の時系列変化（Honda
and Watanabe
2007and
を改変）
．
3528
M.
C.
Honda
et
al.:
Verticaltransportof
Fukushima-derived
radiocesiumbysinking
particles
observed by sediment trap (bar graph, Honda et al., 2006).
14
Mar

18
Mar
134

134

Cs濃度（Bq g-1)

-2

134

Cs濃度（Bq g-1)
134

No dataN-NOx inventory upper 100 m (mmol m )No data

Cs濃度（Bq g-1)
134

Cs濃度（Bq g-1)

2
2
2
2

Csフラックス（mBq m-2 day-1)

134

2

134

Csフラックス（mBq m-2 day-1)

134

134

2

Csフラックス（mBq m-2 day-1)

Csフラックス（mBq m-2 day-1)

(a)
(c)
2500
∆N between July and September
2005 was estimated to20m
r = 0.73
be 3.2 with good correlation (r = 0.9). This increase in
r = 0.7820m
2400∆Si/∆N could be caused by: (1) predominance of diatoms
35.5m r = 0.84
after the end of July; (2) an increase in the diatom Si/N
r = 0.8240m
2300
r = 0.58
uptake ratio which occurs under any type of stress, such
50m
r = 0.4460m
as lower or higher temperature, light limitation, or iron
2200
limitation; or (3) preferential decomposition of particulate
inorganic nitrogen (PIN) (reviewed by Saito et al., 2002).
2100
The first cause is the most likely, based on the dra2011
2011
2000
matic increase in biogenic opal flux observed in sediment
trap samples at 150 m after late June. Before this, opal
1900(b)(Fig. 6). The large decrease of(d)
flux had been very low
dissolved Si(OH)4 was accompanied not only by the in1800
crease in opal flux, but also by an increase of
10
15
20
25
-1
phytoplankton abundance and primary productivity in the
N-NOx at respective depth (µmol kg )euphotic layer, based on optical observation (Honda etal., 2006). This evidence indicates that nutrients and DIC Fig. 7. Relationship between N-NOx at 35.5 m (RAS depth
during phase I) and N-NO x inventory (total N-NO x) inteassimilated by phytoplankton, primarily diatoms, in thegratedover the upper 100 m based on climatological data
euphotic layer were quickly transported vertically to at(solidcirclesand heavy solid line). Correlation coefficient
least 150 m in the oceaninterior.
2011
2011
2
(r ) is 0.84. Data also shown for depths of 0 m (open cir4.2.2Fig.Estimation
ofofannual
new production
134 Cs concentration
Fig.
al)
2 al. (d)図 3．沈降粒子中放射性セシウム
134（Cs）フラックス（棒グラフ）と濃度（折れ線グラフ）（Honda2013S1-4810
3. Variability(linegraph)
and 134
Cs3 (Honda
ﬂux at et(a)cles,
K2-500(b) K2-4810
m, (c)triangles,
S1-500 metrand
r 2 =m,0.73),
20 m (open= 0.78),40 mm.
(solidOne methodforassessingtheof activity
oftheto be500below
を改変）
．
（a）K2
500level
m，
（b）K2
4810
m，
（c）S1
m，
（d）S1
4810
は検出限界以下．
（a）（c）
2 m．B.D.L.
2sampleB.D.L.
is below detection
limit.
B.D.L.
inparenthesis
is supposed
detection
limit
likelycausedbyinsufﬁcientmass
and60 mtriangles, r = 0.82), 50 m (“X” signs, r = 0.58) andの矢印は数値シミュレーションで推定される大気経由放射性セシウムの各観測点海面への到達日．
radiocesiumfor isgamma
ray analysis.of magnitude of the seabiologicalpump
to determine(“plus” signs, r2 = 0.44).
sonal NOx drawdown and to estimate annual new production (Eppley, 1989; Codispoti, 1989; Lourey and Trull,in the samples were higher at 4810 m than at 500 m, CaCO3
from November
2010
and Researchmainly increased,
Transactionsof TheInstitute of with low values
2001; WongOceanochemistry
et al., 2002a,b).
Launchiand Najjar (2000) 101
Vol.
35
No.
2,
Oct.,
2022
was still the dominant component at 4810 m. Therefore, samin May, from March to June 2011 (Fig. 2b). The LM concendata
annualanalysis
maximum
estimated
globalhigher
new production
upper
100
x values
ples provide
for radiocesium
fromand
S1 minimum
consisted ofNO
sinking
tration annual
was relatively
at 4810 m (24in%)thethanat 500
m
in
the
mixed
layer
and
therefore
RAS
data
from
this
study
m usingtheannualminimumNO
data
observedatthex being more refractory
particles whose major component was CaCO3 , and the TMF(6 %). We attribute this result to LM

各層の POC フラッスのタイムラグから，沈降粒ではその密度が最も大きい炭酸カルシウムが重要

子の平均沈降速度は約 140 m／日と見積もられたであることが報告された（例えば Francois et al.

（Honda et al. 2009）．一方，2010‒2011 年に，観2002）．しかしこれらの多くの報告は年平均フ測定点 K2 と亜熱帯観測定点 S1（30 N / 145 E）

ラックスの解析結果であり，季節的変動が無視さの水深 500 m と水深 4800 m に時系列式セジメン

れている可能性があった．特に西部北太平洋で有トトラップを設置したところ，2011 年 3 月に発機炭素フラックスが顕著に大きくなるのは生物起生した東京電力福島第一原子力発電所事故由来の源オパールフラックスが大きくなる時であった．

放射性セシウムが検出された．両地点共に，水深

そこで K2 や KNOT のセジメントトラップ時系

500 m セジメントトラップでは 2011 年 3 月 25 日

列観測で得られ POC フラックスに対する生物起〜4 月 6 日 に 捕 集 さ れ た 沈 降 粒 子 か ら， 水 深

源オパール／炭酸カルシウム／陸起源物質フラッ4800 m セジメントトラップでは，一区間後の，4クスの多変量解析を行った．その結果，生物起源

月 6 日〜4 月 18 日に捕集された沈降粒子から放オパールと POC フラックスの相関関係が最も強射性セシウムが検出された（図 3）．数値シミュ

くなり，少なくとも西部北太平洋では生物起源オ

レーションで得られた各地点への放射性セシウム

パールのバラスト効果が高いことが示唆されたの到達時期から，観測定点 K2（S1）では表層か（Honda and Watanabe 2010）．

ら水深 500 m までの放射性セシウムの沈降速度（4）POC フラックスの鉛直変化率とその決定要は 22‒46（21‒76）m／ 日， 両 地 点 と も 水 深 500‒

因4800 m 間 は 180 m／ 日 以 上 と 見 積 も ら れ た（Honda et al. 2013）．ただし K2 でのより長期のCO2 吸収に関する生物ポンプ効率の指標として，観測の結果，K2 の水深 500 m に輸送された放射POC フラックスの水深に伴う減少率（鉛直変化性セシウム総量が，水深 4800 m に全て輸送され率）がある．各海域の鉛直変化率を数式化すべくた時間経過を解析すると，沈降速度は徐々に遅く

様々な経験式が提案されてきたが，1980 年台後

な り， 平 均 的 に は 約 50 m／ 日 で あ る こ と が わ

半に東部北太平洋亜寒帯域のセジメントトラップ

かった，これは初期のものはホットパーティク

観測結果をベースに提案された以下の累乗関数と呼ばれる放射性セシウム濃度が高い比較的（提案者の名前をとってマーチンカーブ）が一般

ル

大きな粒子によって海中を鉛直輸送されたが，多的となった（Martin et al. 1987）．

くの放射性セシウムは沈降速度の遅い海中粒子に取り込まれて沈降していたと推察された（Honda

POCF（Z）= POCF（Z0）x（Z/Z0）−b

and Kawakami, 2014）．
ここで POCF（Z），POCF（Z0）は水深 Z m，および基（3）バラスト

準層 Z0 m（例えば 100 m）における POC フラッ一般的に POC もしくは有機物は海水より密度クスである．この式により様々な海域の POC フが小さいために単体では重力沈降しないが，密度

ラックスの鉛直変化率が数式化され，この式の累が海水密度より高い物質と凝集化することで重力乗指数 b の大小で生物ポンプ効率が評価された．

沈降が可能となる．この物質をバラスト（錘）と累乗指数

呼び，どのようなバラストが POC の鉛直輸送に鉛直変化が大きい，逆に小さいほど鉛直変化が小貢献しているのか，21 世紀に入り活発に議論ささく，より多くの POC フラックスが海洋内部へれてきた．ある海域では陸起源物質（アルミノケ

効率的に輸送され大気から，より長期間隔離されイ酸塩）が重要視されたが，多くの海域では単体ることを意味する．2010‒2014 年に実施された西102

bが大きいほど，POC フラックスの海洋化学研究第35巻第 2 号

令和 4 年 10 月

emineralization on the O2
smaller the O2 dependenceO2 concentration does not

部北太平洋亜寒帯・亜熱帯生物地球化学比較研究

としては，沈降粒子の主要成分が K2 では生物起

水深 (m)

プロジェクト：Honda et al. 2017）で源オパールであったのに対し，S1 では炭酸カル) (hereinafter（通称Cr(T)K2S1) at K2
n average) throughout
も K2 と S1theで POC フラックスが，海底設置型時
シウムであったことである．先に述べたように西−1
original rate 系列式セジメントトラップおよび船から投入して[day ] was部北太平洋では生物起源オパールのバラスト効果
ying the original rate by
数日間の浅層の沈降粒子を捕集する漂流型セジメが高いため，あるいは生物起源オパールが POC
change to the small change
ントトラップにより観測され，そのPOC フラッを保護する 鎧（よろい） の役割を果たしていe water column
at K2 (1–
Cr(T) at 100 m
at S1 was
クスの鉛直変化がマーチンカーブで数式化された．
るため，と考察した．次に考えられたのは，S1age, and it decreased
with
その結果，K2 の累乗指数 b は S1 のものより
は K2 に比べ沈降粒子の分解が活発におこる海洋
alues at both stations were
4）．この要因
中層（水深約 100‒1000 m：通称トワイライトゾー
nstant below 小さいことが明らかとなった（図1000 m. The
d 100 m at K2 was about
ith depth. The minimum
rred at a depth of ∼600 m.
2 minimum at that depth
O2 ] + [O2 ]) ratio at S1 was
00 m and below 3000 m.
2 ] + [O2 ]) ratio decreased(∼0.7) at around 1000 m.
and [O2 ]/([KO2 ] + [O2 ])aled that the Cr(T) was on
00 m and more than twice
than at K2, whereas thehigher in the twilight zone
igh at around 600 m at S1
s indicated that the rate ofm was significantly higher
be attributed mainly to the
図 4．POC フラックス（POCF）の鉛直変化（Honda 2020 を改変）．縦軸，ates of respiration of POC
横軸は対数表示．直線はマーチンカーブ．
oth stations.
ted the vertical profiles of−1 ] was converted to [%rate by 100%) at K2 and(1σ) of the R(T,O) values
⽔温◦C) , Q10 and [KO2 ] ranged
溶存酸素
0 to 50 µM, respectively
depth of R(T,O) at K2 washout the water column was
トワイライトゾーン
ndence could be attributed
oughout the water column
m, where O2 concentrations
ed slightly to ∼1% day−1 .
00 m was estimated to be
8 times the corresponding
ibuted mainly to the higher
T,O) at S1 decreased withbecame comparable to the

図 5．K2 における水温（Temp）および溶存酸素（O2）による POC 分解速度に
FIGURE| Verticalprofiles of variables related to2020
respiration.
対する7 S1におけるそれぞれの比（Hondaを改変）．縦軸は対数表示．
O) rates were reasonable, I(A) (Cr)(Q10 (T - Tref)/10 ) (hereinafter Cr(T) ), (B) ([O2 ]/[KO2 ] + [O2 ]) at K2 (blue)
e of the POC flux (R(VA) :%and S1 (red). Values in panels (A,B) are averages of values estimated withvariousInstituteQ10 values
m the shape oftheMartinTransactions of The Researchof and various [KO2 ] in Figure 6 with standard deviation (1σ).
Oceanochemistry
Vol.
35
No.
2,
Oct.,
2022
(C)
Verticalprofilesof ratios at S1 and 103
K2 of Cr(T) (label: Temp) andhs below 200 m because of([O2 ]/([KO2 ] + [O2 ]) (label: O2 ). Note that only edge of error bars or standardA) at z m (R(VA) (z) ) were
deviation for respective values are shown in respective figures.

h the exponent b proposedン）の水温，溶存酸素濃度が高いため微生物によ輸送されている様子が示唆された（Honda et al.

る炭素分解速度が高い可能性である．そこで水温

2000）．

と溶存酸素に依存する微生物の炭素分解速度の経（2）海底堆積物の再懸濁と水平輸送

験式から，水温，溶存酸素それぞれの分解速度を試算した．その結果，溶存酸素の違いで約 2 倍，

前述の通り，2011 年 3 月に発生した東京電力

水温の違いで約 8 倍，S1 における微生物による

福島第一原子力発電所事故で放出された人工放射

炭素分解速度が高い可能性が示唆された（図 5）．

性核種放射性セシウムは，事故から約 1ヶ月半後算出された POC 分解速度の鉛直分布は，セジメには原発から約 2000 km（約 900 km）離れた観

ントトラップで観測された POC フラックスの鉛測定点 K2（S1）の水深 4900 m に輸送されてい直変化と調和的であった（Honda 2020）．

たことが明らかになった（Honda et al. 2013）．
一方，原発により近い場所での粒状態放射性セシ4．セジメントトラップ観測で得られたそのウムの動態を把握するために，2011 年 7 月‒2015

他の知見

年 7 月の 4 年間，WHOI と共同で原発から南南（1）東シナ海大陸棚海底堆積物の水平輸送

東方向に約 100 km 離れた水深 1300 m の大陸棚

米 国 ウ ッ ズ ホ ー ル 海 洋 研 究 所（WHOI） が斜面に観測点を設け（観測点 F1：36.5 N / 141.5

1989‒1990 年に実施したオホーツク海におけるセE），水深 500 m と 1000 m にセジメントトラップ

ジメントトラップ観測，および 1991‒1992 年に実を係留し時系列観測を実施した．放射性セシウム

施したベーリング海におけるセジメントトラップ

は 2011 年 7 月から検出され，そのフラックス量観測で得られた沈降粒子中炭酸カルシウムの放射は K2 や S1 で観測されたフラックス量（図 3）の性炭素（ C）濃度を測定した．その結果， C 濃

数 十 倍 ‒ 数 百 倍 で あ っ た（ 図 6）（Buesseler et

度は季節変動しており，解析の結果，炭酸カルシ

al. 2015）．また秋季にフラックスのピークが観測

ウムが形成された季節の海水中 C 濃度を反映しされた．2012 年以降，放射性セシウムフラックていることが明らかとなった（Honda 1996）．次

スは減少傾向を示した．しかし 2012 年およびに 1993‒1995 年に実施した東シナ海沖沖縄トラフ2013 年の秋季に突発的なフラックス増加が観測海域で実施したセジメントトラップ観測で得られされた．この高い放射性セシウムフラックスは周た沈降粒子中 POC の C 濃度を測定した．その辺海水の放射性セシウム濃度からは説明できるも結果， C 濃度は表層海水の C 濃度よりもはるのではなかった．当時，原発近辺の海底堆積物にかに低い値を示した．低い C 濃度を示す原因とは多くの事故由来の放射性セシウムが沈積されてしては隣接する東シナ海海底堆積物中の古い有機いた（例えば Black and Buesseler 2014）．また炭素の混入が考えられた．そこで海洋表層海水のF1 トラップの放射性セシウムフラックスが増加

C 濃度と東シナ海海底堆積物中有機炭素の Cする秋季には台風が原発周辺域を通過していた．

濃度をエンドメンバーとしてセジメントトラップ

F1 トラップで捕集された粒子の主要成分は陸起で捕集された有機炭素の起源を推定した．その結源物質であり，水深 500 m よりも水深 1000 m の果，沖縄トラフ海域のセジメントトラップで捕集

粒子フラックスの方が平均的に大きいことなど，された POC の 40‒95％は東シナ海海底堆積物中全ての結果を統合すると，F1 トラップには，福有機炭素である可能性が示唆された．このことは

島原発周辺海底図堆積物が再懸濁し，水平輸送さ東シナ海での生物ポンプの結果，東シナ海海底堆

れてきたものが多く捕集されていた，特に 2012

積物に堆積した有機炭素が季節的な海水流動に

年以降は台風などのイベントの後にそれが顕著でよって隣接する外洋である沖縄トラフ海域に水平あった，というシナリオが考えられた．このシナ

14

14

14

14

14

14

14

14

14

104

海洋化学研究第35巻第 2 号

令和 4 年 10 月

おけるセジメントトラップ実験 (2011.7-2015.7)

5133
70000
50000

−4000

°
3 E

500 m

30000

1000 m
10000

500

137

1000

Cs Inventory (Bq m−2)

5000

100

FDNPP
This Study (1)OTKA (2)50

MEXT (3)°144 E

7 Cs inventories from the
図 6．F1 の水深 500 m（上図）と 1000 m（下図）における放射性セシウムフラッ
量Core
:
n.
inventories from
クスの時系列変化（Buesseler et al. 2015 論文のデータを基に作成）．
014)2012 to September
May
Kusakabe et al., 2013) andvember of 2011 (Otosaka
ry by zone to include estim, respectively (Sect.
3.5).
リオを基に，原発周辺の放射性セシウムで汚染さ水深 500 m 以浅の海洋物理を時系列観測してい- 1300 m(Buesseler, Honda et al. 2015)

れた海底堆積物が全て大陸斜面に運ばれてしまう

る観測点 KEO（32.5 N / 144.5 E）の水深 4900 m

時 間 を 約 70 年 と 試 算 し た（Buesseler et al.

に セ ジ メ ン ト ト ラ ッ プ を 設 置 し，2014 年 7 月

ages instead of those in
ter this adjustment,
the ．
2015）
ghtly to 100 ± 60 TBq.
ll resulted in similar tog from 100 to 130 TBq
more than half （3）the en-中規模低気圧性渦による基礎生産力の増加と
y 4 to 6 % of the 137 Cs
sents 30 % of regionalPOC フラックスの増加
15 and 18 % of the toK2S1 プロジェクトのハイライトの一つが，貧wo subzones to accountserved within the 3 km
栄養な亜熱帯海域観測定点 S1 の基礎生産力が富
ornton et al.’s continuaround the nuclear fa137 Cs
K2 の基礎生産力より高い
number of high 栄養な亜寒帯観測定点
nt sediments (Thornton
ことであった．この高い基礎生産力を支える栄養
his region was distinctly
wn subzone, so as not to
塩の供給過程を考察するため，米国大気海洋庁
3 km subzone adjacentmately 1 % of the total（NOAA） 太 平 洋 海 洋 環 境 研 究 所（PMEL） が
uld change with the aduld not change the total
2004 年以降表層観測ブイを設置し，海上気象や
erabecquerels, even as(cesium penetration tokm subzone only comCZ and the SCZ, on theTransactions of The Research Institute ofum by far (over 70%),
OceanochemistryVol. 35 No. 2, Oct., 2022s, 11, 5123–5137, 2014‒2016 年 7 月，気象・海洋物理の変動と沈降粒子の変動を同時観測した．その結果，2014 年 10 月
頃，2015 年 1 月頃，2015 年 4 月頃に顕著な全粒子フラックス（そして POC フラックス）のピー
クが観測された（図 7）．2015 年 4 月頃のピーク
は同年同海域の 2‒3 月頃に発生する植物プランク
トンの春の増殖（春季ブルーム）で説明できた．
しかし 2014 年 10 月頃，2015 年 1 月頃のピークは，それらの粒子が形成されるであろう 1‒2ヶ月前の海洋表層付近のほぼ枯渇した栄養塩濃度および低
い植物プランクトン濃度を考えると説明が困難で105

低気圧性渦による栄養塩供給＝＞亜表層基礎生産力増加＝＞沈降粒子増加(Honda et al. PEPS, 2019)⇩(a)Pressure (dbar)

40
20

SSHA
(cm)

0

-20

CE1

-40

CE2

-60

Pressure (dbar)

J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J
2016 DENSITY
2014
2015
(b)

Total Mass FluxJ A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J
2014
2015
2016
図 7．水圧 550 dbar（〜水深 550 m）以浅における（上）水温，（下）密度鉛直分布の時系列変化（Honda et al.
2018 を改変）．上図の白線は海面高度偏差（SSHA），下図の棒グラフは水深約 4900 m における全粒子フラックス（Total Mass Flux）の時系列変化．上図に示された中規模低気圧生渦（CE1, CE2）の湧昇流により栄養塩が供給され亜表層の基礎生産力が増加した結果，下図の白塗り全粒子フラックス増加を導いたと推察される．

あった．一方，NOAA-PMEL の観測ブイデータ

るための供給源として中規模低気圧性渦が重要でを解析したところ，7‒8 月および 11‒12 月に水深あることが窺えた（Honda et al. 2018）．

500 m 付近の低水温の海水が水深 100 m 付近まで

5．生物ポンプ研究の今後の課題

湧昇していたことがわかった．同時期の衛星デー
タの解析の結果，海面高度が低下しており，7‒8

以上，30 年以上にわたって，様々なプロジェ

月および 11‒12 月に中規模低気圧性渦が KEO を

クトの下，国内外の多くの仲間の協力を得ながら，通過していたことが明らかになった．従って中規西部北太平洋でセジメントトラップ観測を行なっ

模低気圧性渦により水温が低く栄養塩濃度が高いてきた．その結果，西部北太平洋の高い生物ポン

中層水が水深 100 m 程度まで湧昇し，その結果，プ効率を検証することができた．一方では新しい

同海域で通常見られる亜表層の植物プランクトン

課題も見つかっている．以下にそれを列挙して本量が増加し，ひいては POC フラックスが増加し報告を終了する．

た，というシナリオが考えられた．これを検証す（1）小粒子による炭素鉛直輸送

るために数値シミュレーションを実施し，同程度の中規模低気圧性渦の通過に伴う栄養塩供給によ近年，セジメントトラップで観測してきた重力る基礎生産力の増加を推定し，同海域（観測点

沈降する POC フラックスおよび海水流動に伴うS1） で 得 ら れ た マ ー チ ン カ ー ブ を 用 い て 水 深

溶存有機炭素（DOC）フラックスだけでは，中4900 m の POC フラックスを推定すると，観測さ層に生息する動物プランクトンや微生物の炭素要れた POC フラックスと一致した．従って貧栄養

求量を満たすことができないことが世界中の海域

な西部北太平洋亜熱帯海域の基礎生産力を維持すで報告されてきた（Boyd et al. 2019）．K2S1 プ

106

海洋化学研究第35巻第 2 号

令和 4 年 10 月

ロジェクトでも観測点 K2 で同様な需要と供給れているのが，波長 700 nm 程度の光を利用したが 観 測 さ れ た（Honda et al.

後方散乱測定である．20 世紀の海洋観測機器の2017）．Boyd et al.（2019）は，これまでの関連

ブレークスルーと言われている漂流ブイ（アルゴ

する論文を総括し，重力沈降する POC フラック

フロート）に後方散乱計を搭載することで，数年ス（Biological Gravitational Pump: BGP と命名）

間にわたる海中粒子の時空間変動観測が可能にに加え，従来は海洋表層付近に滞在する懸濁物やなってきた．後方散乱計に加え蛍光光度計や溶存沈降速度が極めて小さい小粒子が，冬季混合や中酸素計，硝酸センサーなどを搭載した生物地球化

規模渦により発生する下降流など海水流動により学アルゴフロートを複数台，西部北太平洋に投入

海洋内部へ輸送されるメカニズムが重要であるこ

し，時系列式セジメントトラップ観測と組み合わとを定量的に示した．これに動物プランクトンのせることで，BGP と PIPs の同時観測研究が可能

日周鉛直移動，季節的鉛直移動時の呼吸，排泄，となる．

のミスマッチ脂 肪 に よ る 炭 素 輸 送 メ カ ニ ズ ム を 併 せ て，Particle Injection Pumps（PIPs）と命名している．
そして IPCC AR6（2021）で報告されている粒状

著者の研究活動詳細に関しては以下の著者ホームページを参照されたい．

態による生物ポンプ量（年間 11GT-C）は BGP

https://www.jamstec.go.jp/rigc/ress/hondam/

6.5GT-C と PIPs 4.5GT-C で構成されているとした．

index.html

今後は西部北太平洋でもこの PIPs に関して観測

また今回の受賞記念講演（正確にはそれをベー研究を行い定量化することが望まれる．

スにした所内セミナー）を Youtube 動画として公開した．ご興味のある方はご笑覧あれ．

（2）複合ストレスによる生物ポンプの変化

https://www.youtube.com/watch?v=

現在，海洋の温暖化，酸性化，貧酸素化など複ewq3NW5FCV8合ストレスが進行中であり，西部北太平洋も例外

謝辞では無い．例えば温暖化が進行すると海洋が成層化し海洋内部からの栄養塩供給が低下する可能性

この度，栄誉ある海洋化学学術賞（石橋賞）をがある．一方では植物プランクトンにとっては光授与していただきました．身に余る光栄です．本

環境がよくなるかもしれない．酸性化によって炭賞に私を推薦してくださった渡邉修一先生（前海酸カルシウム形成が低下すると，バラストが少な

洋研究開発機構むつ研究所所長，現日本海洋科学

くなり POC フラックスが低下する可能性がある．

振興財団むつ海洋研究所所長），それを後押しし貧酸素化が進行すると生態系に影響がある一方，てくださった蒲生俊敬先生（東京大学名誉教授），

前述のように微生物炭素分解速度も弱まるので，

宗林由樹先生（京都大学教授）そして選考委員のPOC フラックスの鉛直変化は小さくなる，換言先生方に深く感謝いたします．恩師の角皆静男先すると POC が分解せずに効率的に深海まで鉛直

生（北海道大学名誉教授）には化学海洋学全般，輸送されるかもしれない．これらの点を検証する

そして研究の厳しさと奥深さ，他分野連携の重要ためには数値モデル研究とともに，できる限り長性を教えていただきました．もう一人の恩師であ期間にわたる定点観測が重要である．

る本庄丕先生（米国ウッズホール海洋研究所名誉教授）にはセジメントトラップ観測技術や研究方（3）粒子の光学観測法，研究の楽しさと国際共同研究の面白さを教え

前述の小粒子の観測はセジメントトラップではていただきました．お二人の弟子である，という困難である．近年，小粒子の観測に有効と考えらだけで会話が弾み，国内外の人脈が広がりました．

Transactions of The Research Institute of
Oceanochemistry Vol. 35 No. 2, Oct., 2022107

心より謝意を表します．セジメントトラップ観測

Katagiri, M.: Radiocarbon of sediment trapを含む海洋観測が基本の本研究は，様々なプロ

samples from the Okinawa trough: lateral

ジェクト，共同研究の下，国内外の多くの研究者

transport ofの協力無しでは決して実施できませんでした．ごcontinental slope. Marine Chemistry 68,

協力いただいた研究者のみならず，観測船乗組員，

231‒247. (2000)

14

C-poor sediment from the

観測技術支援員，そして事務方の皆様にこの場を

Honda, M. C., Imai, K., Nojiri, Y., Hoshi, F.,

借りて感謝いたします．最後に，航海や学会，研Sugawara, T., Kusakabe, M.: The biological究会など出張を含むすべての研究活動を自由にや

pump in the northwestern North Pacific

らせてくれ，幸せな家庭生活を一緒に築いてくれbased on fluxes and major components ofている妻と娘に心より感謝します．

particulate matter obtained by sediment
trap experiments (1997-2000). Deep-Sea

参考文献

Research II 49, 5595‒5625. (2002)

Black, E. E. and K. O. Buesseler: Spatial

Honda, M. C.: Biological pump in thevariability and the fate of cesium in coastal

northwestern North Pacific. Journal of

sediments near Fukushima, Japan.

Oceanography 59, 671‒684. (2003)

Biogeosciences 11, 5123‒5137. (2014)

Honda, M. C., Watanabe, S.: Utility of anBoyd, P. W., H. Claustre, M. Levy, D. A. Siegel,

automatic water sampler to observe

and T. Weber: Multifaceted particle pumps

seasonal variability in nutrients and DIC indrive carbon sequestration in the ocean.

the Northwestern North Paciﬁc. Journal of

Nature 568, 327‒335. doi: 10.1038/s41586-019-

Oceanography 63, 349‒362. (2007)

1098-2 (2019)

Honda, M. C., Sasaoka, K., Kawakami, H.,

Buesseler, K. O., C. R. German, M. C. Honda, S.

Matsumoto, K., Watanabe, S., Dickey, T. D.:

Otosaka, E. E. Black, H. Kawakami, S. J.

Application of underwater optical data to

Manganini, and S. M. Pike. Tracking the fateestimation of primary productivity. Deep-of particle associated Fukushima Daiichi

Sea Research I 56, 2281‒2292. (2009)

cesium in the ocean off Japan.

Honda, M. C., Watanabe, S.: Importance ofEnvironmental Science and Technology 49,

biogenic opal as ballast of particulate

9807-9816. DOI: 10.1021/acs.est.5b02635

organic carbon (POC) transport and(2015)

existence of mineral ballast-associated andFrancois, R., S. Honjo, R. Krishfield, and S. J.

residual POC in the Western Pacific

Manganini: Factors controlling the flux ofSubarctic Gyre. Geophysical Researchorganic carbon to the bathypelagic zone of

L e t t e r s

the ocean, Global Biogeochemical Cycles 16

10.1029/2009GL041521 (2010)(4), 1087. doi: 10.1029/2001GB001722 (2002)

3 7 ,

L 0 2 6 0 5 .

d o i :

Honda, M. C., H. Kawakami, S. Watanabe and T.

Honda, M. C.: Inorganic radiocarbon in time-

Saino: Concentration and vertical flux ofseries sediment trap samples: Implication of

Fukushima-derived radiocesium in sinking

seasonal variation of C in the upper ocean.

particles from two sites in the NorthwesternRadiocarbon 36, 583‒595. (1996)

Paciﬁc Ocean. Biogeosciences 10, 3525‒3534.

14

Honda, M. C., Kusakabe, M., Nakabayashi, S.,(2013)

108

海洋化学研究第35巻第 2 号

令和 4 年 10 月

Honda, M. C. and H. Kawakami: Sinking velocity

2020.00366 (2020)of particulate radiocesium in the

Honjo, S. and K. Doherty: Large aperture time-northwestern North Pacific, Geophysicalseries sediment traps: Design objectives,

Research Letters, 41, 3959‒3965. doi:construction and application. Deep-Sea

10.1002/2014GL060126. (2014)

Research 35: 133‒149. (1988)

Honda M. C., M. Wakita, K. Matsumoto, T. Fujiki,

IPCC: Summary for Policymakers. In: Climate

E. Siswanto, K. Sasaoka, H. Kawakami, Y.

Change 2021: The Physical Science Basis.

Mino, C. Sukigara, M. Kitamura, Y. Sasai, S.

Contribution of Working Group I to the

L. Smith, T. Hashioka, C. Yoshikawa, K.

Sixth Assessment Report of theKimoto , S. Watanabe, T. Kobari, T. Nagata,Intergovernmental Panel on Climate Change

K. Hamasaki, R. Kaneko, M. Uchimiya, H.

[Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L.

Fukuda, O. Abe, Toshiro Saino: Comparison

Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y.

of carbon cycle between the western PaciﬁcChen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K.

subarctic and subtropical time-series

Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K.

stations: highlights of the K2S1 project.

Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu

Journal of Oceanography. DOI: 10.1007/

and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University

s10872-017-0423-3 (2017)

Press. (2021)

Honda M. C., Y. Sasai, E. Siswanto, A. Kuwano-Martin, J. H., Knauer, G. A., Karl, D. M., andYoshida, H. Aiki, M. F. Cronin: Impact ofBroenkow, W. W.: VERTEX: carbon cycling

cyclonic eddies and typhoons onin the northeast Paciﬁc. Deep Sea Research.

biogeochemistry in the oligotrophic ocean

34, 267‒285. doi: 10.1016/ 0198-0149

based on biogeochemical / physical /(87)90086-0 (1987)

meteorological time-series at station KEO.

Saino, T., A. Bychkov, C. T. A. Chen, P. J.

Progress in Earth and Planetary Science

Harrison: The joint global ocean ﬂux study

5:42, https://doi:org/10.1186/s40645-018-

in the North Paciﬁc. Deep Sea Research II

0196-3 (2018)49:5297‒5301. (2002)

Honda, M. C.: Effective Vertical Transport ofSuzuki, S. and K. Kato: Studies on suspended

Particulate Organic Carbon in the Westernmaterials marine snow in the sea: part 1.

North Paciﬁc Subarctic Region. Frontiers in

Source of marine snow. Bulletin of Faculty

Earth Science 8:366. doi: 10.3389/feart.

of Fishery, Hokkaido University 4, 131‒137.

2020.00366 https://doi.org/10.3389/feart.

(1953)

Transactions of The Research Institute of
Oceanochemistry Vol. 35 No. 2, Oct., 2022

109