海溝域に於ける有機物の水平輸送について
半田暢彦、原田尚実、中塚武、杉本多津広
名古屋大学水圏科学研究所
４６４­０１名古屋市千種区不老町
はじめに海洋の表層では、植物プランクトンの光合成により二酸化炭素を材料として有機物が合成されている。この有機物は、植物プランクトン粒子の沈降にともない深層水に移行し、微生物の作用により溶存酸素を消費しながら分解される。この際、再生される二酸化炭素は深層水の上昇にともない海洋表層に戻り、海洋に於ける炭素循環が閉じる。
深層水に於ける有機物の分解速度は、次式により溶存酸素の消費速度から見積もられる。
（ＣＨ２（））！ｏ６（ＮＨｉ、ｈ６Ｈ３Ｐ０４＋１３８０２＝１０６Ｃ０２＋１６ＨＮ０３トＨ３Ｐ０４＋１２２Ｈ２０­一一（１）北 太 平 洋 の 深 層 水 （ ｌ ｋ ｍ 以 深 ） に 於 ける 有 機 物 分 解 速 度 は １ ５ ­ ３ ０ ｍ ｇ Ｃ ｍ ­ ２ 日 ­ １ の 範 囲 で あ る（ Ｈ ａ ｎ ｄ ａ １ ９ ９ １ ） 。 こ れ に 対 して、 セ ヂ メ ン ト ト ラ ップ 実 験 に よる ｌ ｋ ｍ 深 を 越 えて 深 層 に 輸 送される有機炭素フラックスは２­２０ｍｇＣｍ­２日­Ｉの範囲で測定されておりＯａｎｄａ、１９９１）、溶存酸素の鉛直分布から見積もられる有機物消費量に比して、表層水から深層水に直接輸送される有機物量が少ないという結果が示されてきた。このため、基礎生産量の高い沿岸域から外洋深層に向かっての有機物の負荷過程の存在が示唆されてきた（Ｈｏｎｊ０、１９９１）。しかし、この様な有機物の負荷過程の実測に関しては、今までの所ほとんどその例がない。
本研究に於いては、相模舟状海盆および日高舟状海盆を対象にして、沿岸域から海溝域に向かっての有機物の移動を把握する目的で、海溝域にセヂメントトラッブを設置し、一年間にわたって、沈降粒子フラックスの時間的変勁を観測すると共に、海盆底堆積物の採集を行った。これらの試料に付いて、有機炭素フラックス、有機炭素濃度とともに有機物の１４Ｃ年令の計測を行なった。この研究で得られた結果は、相互に比較検討する事により、沿岸域から外洋深層への有機物の水平輸送の存在を示唆するものであった。
材­ 料と方法伊豆小笠原海溝最北端の三重点付近（、ＩＴ­０６；３４ １０．０ʼＮ、１・１２ ００．４ʼＥ；水深、８、９３０ｍ）、と日本海溝北端の観測点ＵＮＷＰ­０１；４０（）５５．３３ʼＮ、１・１４ １２．７５ʼ；水深、５、３６９ｍ）に時系列型 セ ヂ メ ン ト ト ラ ッ プ を 設 置 し 、 沈 降 粒 子 の 採 集 を 行 っ た 。 こ の 際 、 ５ ％ の ホ ル マ リ ン を
含 む 海 水 中 に 沈 降 粒 子 を 捕 集 し 、 試 料 採 集 中 に 於 け る 有 機 物 の 分 解 を 防 止 し た 。 海 底 堆
積 物 の 採 集 は ボ ッ ク ス コ ア ラ ー に よ っ た 。 本 研 究 で は 、 こ の 堆 積 物 柱 状 試 料 の う ち 、 表層から５ｃｍ深までの混合試料を化学分析に供した。

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Ｆｉｇ．１ＳｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｐｓｉｔｅｓｉｎｔｈｅＪａｐａｎＴｒｅｎｃｈａｎｄｌｚｕ­Ｏｇａｓａｗａｒａ
Ｔｒｅｎｃｈ

沈降粒子および堆積物試料の有機炭素及び窒素の測定は、炭素水素窒素分析装置によった。また、安定及び放射性炭素同位体の分析に当たってば、それぞれトｌｉｒｌａｇａｗａａｎｄＷａｄａ（１９８４）および北川他（１９９１）によった。数十ｍｇの沈降粒子及び堆植物試料を取り、１ＭＨＣ
１ で 処 理 して 炭 酸 塩 を 除 去 し 、 脱 塩 乾 燥 後 、 真 空 乾 燥 中 、 酸 化 銅 の 存 在 の 下 で 加 熱 （ ８ ５ ０Ｃ、４時間）して有機物を酸化分解する。生ずるニ酸化炭素を精製分離し、一部を炭素安定同位体比（１３Ｃ／１２Ｃ）の測定に供し、他を放射性炭素同位体比０４Ｃ／１３Ｃ）の測定に用いた。放射性炭素同位体比の測定に当たってば、二酸化炭素と計算量の水素ガスとを、予め添加した微小鉄粒子を含むガラス管にとり、封管後、加熱（６５０ Ｃ、４．５時間）還元し、二酸化炭素を結晶性炭素として微小鉄粒子の上に集める。これを、測定用ターゲットに詰め、加速器質量分析装置で１４Ｃ／１３Ｃを測定した。
結 果 と 考 察­１）伊豆小笠原海溝最北端域川Ｔ­０６）
本 観 測 点 は 、 相 模 舟 状 海 盆 が 伊 豆 小 笠 原 海 溝 と 接 す る 点 に 位 置 し 、 水 深 ９ Ｊ ０ ０ １ で、 この海溝の中でも最も水深が大きいげｉｇ．１）。この海域の４、５１９ｍ及び８、５１９ｍ深に、１９９０­

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Ｆｉｇ．２Ｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｕｘｏｆｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｔｈｅｌｚｕ­Ｏ尽ａｓａｗａｒａＴｒｅｎｃｈ
年３月２５日から１９９１年２月２５日まで、それぞれ各̶基の時系列型セヂメントトラップを設置 し 、 ２ ５ ． ５ 日 毎 に 捕 集 ビ ン を 変 えて 沈 降 粒 子 を 採 集 し た 。 有 機 炭 素 フ ラ ッ ク ス の 時 間 的
変 動 を Ｆ ｉ ｇ ． ２ に 示 す。 ４ 、 ５ １ ９ ｍ 深 に 於 ける 有 機 炭 素 フ ラ ッ ク ス は 冬 季 及 び 春 季 に 高 く 、 夏季 か ら 秋 季 に か け て は 比 較 的 低 い 値 を 示 し た 。 ま た 、 時 間 的 に も そ の 変 動 が 少 な い 傾 向を示した。一方、８、５１９ｍ深に於いても有機炭素フラックスの時間的変動は４、５１９ｍ深の場
合 と 同 様 で あ っ た が 、 有 機 炭 素 フ ラ ッ ク ス が 予 想 よ り 高 い 値 を 示 し た 。 一 般 に 、 北 太 平
洋 域 の 深 層 水 に 於 け る 有 機 炭 素 フ ラ ッ ク ス と 沈 降 粒 子 試 料 の 採 集 深 度 と の 関 係 は 、 経 験

一１０６­

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的に次式で示される（半田、松枝、１９８５）。

（ ２）

１ ｎ Ｃ ＝ １ ｎ Ｃ 。 ­ ０ ． ３ ４

こ こ で、 Ｄ は 深 さ （ ｋ ｍ ） 、 ｃ 。 及 び Ｃ はそ れ ぞ れ １ ｋ ｍ 深 及 び 取 り 扱 う 試 料 の 深 さ （ ｋ ｍ ） に 於 ける
有機炭素フラックスである。
海溝深層水に於いても溶存酸素濃度は外洋深層水と殆ど変わらない事は既に示されている。従って、海溝深層水に於いて有機物の分解は充分速く進行するものと判断される。

­１０７­

本研究で観測されたように、海溝深部に向かって有機炭素フラックスの減少が顕著でないと言う事実は、むしろ海溝深部に向かって有機物の集積が起こっている事を示唆するも の と して 重 要 で あ る 。
ＪＴ­０６の沈降粒子有機物に於ける １４ＣをＦｉｇ．３に示す。４、５１９ｍ及び８、５１９ｍ深に於ける１４Ｃはそれぞれ­６２．５ １１〜­２９５．９ １４‰、­１１８．６ １１〜­３８０．５ １１‰の範囲で測定された。この結果は、中部北太平洋の外洋域から採集された懸濁粒子及び沈降粒子有機物の△１４Ｃがそれぞれ＋４３ ２８〜＋１３９ ９‰及び＋９９ １２〜１３６ １４‰０ｒｕｆｆｅｌｅｔａｌ．、１９８ｅ３；Ｄｒｕｆｆｅｌａｎｄｙ７１１１１ａｍｓ、１９９０）であるのに比べてきわめて低い。この事実は、海溝域に於ける有機物の輸送が、単に表層水からの現世植物プランクトン粒子の沈降によるばかりでなく、大陸棚及びその斜面域からの堆積物粒子の再懸濁と、これに引きつずいて起こる粒子の水平方向の輸送と沈降に依っても引き起こされている事を示している。さらに、８、５１９ｍ深に於ける沈降粒子有機物の（タ１４Ｃが４、５１９ｍ深のそれに比べてより小さい値を示す事は、海溝域の深部ほど大陸棚及びその斜面域からの再懸濁堆積物粒子の影響をより強く受けているものと理解され、沿岸から外洋域に向かっての物質輸送を解析する上でたいへん重要である。ただし、両深度に於ける

１４Ｃの変動には明確な相関関係は見ら１ｊｏｌｊｌｌｏ１）．
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Ｆｉｇ．４ｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｕｘｏｆｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｔｈｅＪａｐａｎＴｒｅｎｃｈ­１０８〜

れなかった。この事は、沿岸域からのこれらの層への物質輸送には複雑な過程が関与しているもの思われる。この点に関しては有機物の組成変動の評価を通して、現在解析中である。
２）日高舟状海盆（ＮＮＷＰ­０１）
１９８８年８月３１日から１９９８９年５月３０日にわたり日高舟状海盆の水深５、３６９ｍの海域に時系列型セヂメントトラップを設置し、沈降粒子を採集した。有機炭素フラックスの時間的変動 を Ｆ ｉ ｇ ． ４ に 示 す。 有 機 炭 素 フ ラ ッ ク ス は １ ９ ８ ８ 年 秋 季 と １ ９ ８ ９ 年 春 季 に 極 大 値 を 取 っ た 。
これらは、沈降粒子有機物の（？１３Ｃ及び脂肪酸などの有機物組成から表層水に於ける植物プランクトンのブルームに大きく依存している事を示した。しかし、１９８９年冬季に於ける有機炭素フラックスの極大は植物プランクトンの特別な増殖には関係ない事を示した。
したがって、大陸棚及びその斜面からの堆積物粒子の負荷を検討するため、沈降粒子有機物の△１４Ｃを測定した（Ｆｉｇ．５）。この海域に於ける沈降粒子有機物の△１４Ｃは、植物プ ラ ン ク ト ン ブル ーム が 発 生 して い る 時 期 （ １ ９ ８ ８ 年 ９ 〜 １ ０ 月 、 １ ９ ８ ９ 年 ４ 〜 ５ 月 ） に は 比 較 的
高い値を示し、また１９８９年２〜３月には特に低い値が観測された。この事実は、１９８９年冬季に於ける有機炭素フラックスの増加が、主として大陸棚及びその斜面域からの堆積物粒子の再懸濁、再堆積過程の影響を強く受けているものと判断される。
しかし、この海域に於いても沈降粒子有機物の△１４Ｃは、中部北太平洋域に於いて採集
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Ｆｉｇ．５ｃｈａｎｇｅｉｎＡ｀４ｃｏｆｔｈｅｓｉｎｋｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｆｒｏｍＪａｐａｎＴｒｅｎｃｈ

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１０９­

された沈降粒子有機物のそれに比べて小さい値である。この事は、本海域に於いても、常時堆積物粒子が再懸濁し、大陸棚斜面を通して海溝底に輸送されているものと推定される。
３）日高舟状海盆に於ける堆積物の１４Ｃ年令
海 溝 域 に 於 ける 沈 降 粒 子 の 起 源 物 質 と して、 大 陸 棚 及 び そ の 斜 面 域 の 堆 積 物 を 考 えてきた。それを確認するため、日高舟状海盆を例にとり、堆積物有機物の１４Ｃ年令を測定した （ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ ） 。 こ の 舟 状 海 盆 に 於 ける 堆 積 物 有 機 物 の １ ４ Ｃ 年 令 は 水 深 と 共 に 増 加 して い
Ｔａｂｌｅ１１４ＣａｇｅｏｆｔｈｅＥ３ｕｒｆａｃｅｓｅ（１ｉｍｅｎｔｓｆｒｏｍＨｉｄａｋａＴｒｏｕｇｈ１４Ｃａｇｅ（ｙｒＢＰ）

ＩＳａｍｐｌｅｓＨＢ­２４７７士６６ＨＢ­４９７９土６９１，９９６土８７ＳＲ­７３た 。 し か し 、 セ ジメ ン ト ト ラ ップ 設 置 深 度 と ほ ぼ 等 し い Ｈ Ｒ ４ で は 表 層 堆 積 物 の １ ４ Ｃ 年 令 がＳ｝７９＋６９ｙｒＢＰであり、１９８９年冬季の１４Ｃ年令の極大値には遠く及ばない。特に、有機物の（タ１３Ｃが海底堆積物（­２０．８５〜­２１．４４‰）と冬季１〜３月に採集された沈降粒子（­２２．２６〜­
２ ２ ． ８ ９ ‰ ） と で は 大 き く 異 な って い る 。 こ の 事 は 、 大 陸 棚 及 び そ の 斜 面 の 堆 積 物 が 、 単 に再 懸 濁 し た の ち 、 堆 積 し て い る と は 考 え ら れ な い 。 む し ろ 、 再 懸 濁 し た の ち 、 分 級 さ れ 、
小 型 粒 子 が よ り 遠 く へ 移 動 し て 堆 積 す る も の と 考 え ら れ る 。 こ の 点 に 付 い て の 詳 細 な 検
討 は 今 後 の 問 題 と す る 。

まとめ沿岸域から外洋への有機物の水平輸送の存在を検討するため、日本列島の太平洋側に発達する日本海溝及び伊豆小笠原海溝域を対象にしてセヂメントトラッブ実験を実施した。得られた沈降粒子有機物の１４Ｃ／１３Ｃを測定し、（タ１４Ｃ或いは△参手算定した。その結果、東部北太平洋深層水のの懸濁粒子及び沈降粒子有機物の１４Ｃは核実験の影響で見かけ上 現 在 よ り も ｎ ｘ １ ０ １ 年 の オ ー ダー で 若 い の に 対 して 、 本 研 究 で 取 り 扱 っ た 沈 降 粒 子 試 料 ではそれが現在よりもｎｘ１０２〜１０３年も古い物であった。この結果、海溝域に於ける有機物の輸送に関しては、海洋表層からの植物プランクトン粒子の沈降（有機物の鉛直輸送）とともに、大陸棚及びその斜面に於ける堆積物の再懸濁と再堆積（有機物の水平輸送）が重要である事の可能性が示唆された。
また、日高舟状海盆の種々の水深から採集された海底堆積物表面泥試料の１４Ｃ年令と本­

１１０­

沈降試料中の有機物のそれと比較検討した結果、海底堆積物はセヂメントトラップに到達するまでに、大きく粒度の差異による分級を受けているものと予想される。

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