博 士 （ 地 球環境 科学） 伊藤雅 史

学位論文題名Deep‑dwellingpl
anktonicfora
minif・erSaS
prOXieSOf
SubSurfaCeandintermediateWater（過去の 海洋中層 環境復元 指標として の浮遊性 有孔虫に 関する研 究）

学位論文内容の要旨

海 洋に 生 息 する 浮 遊 性 有孔 虫 は 、過 去 の 海洋 表 層 環境 を 復元す るための 指標として 、 広 く用 い ら れて い る 。 これ ら の 炭酸 カ ル シウ ム の 殻に おける 化学組 成は海水 の組 成 に近い ため過 去の栄養 塩、水 温、塩分 、アル カリ度を 復元する 際に有 用である 。
こ れ ら の研 究 は 主に 表 層 に 焦点 が あ てら れ 、 中層 環 境 を復 元する ために 用いられ る
こ と は まれ で あ った 。 現 在 の海 洋 で は、 北 大 西洋 と 南 極海 で深層 水が形 成される 。
現 在 、 北太 平 洋 では 深 層 水 が形 成 さ れて い な いが 、 氷 期に おいて 中層循 環が活発 化
し た と いう 報 告 があ る (Keigwin，1998)。し かし、太 平洋の深 層は炭 酸カルシ ウムにっ い て 未飽 和 で ある た め 、 太平 洋 に おけ る 中 層環 境 の 情報 は大陸 に近い 浅海堆積 物
か ら の 底生 有 孔 虫に よ る 解 析に 頼 ら ざる を 得 なか っ た 。こ の情報 源の偏 在を解消 する た め 、比 較 的 深い 水 深 に 棲息 す る 浮遊 性 有 孔虫 を 中 層環 境復元 の指標 として評 価
す る こと を 目 的と し た 。太 平 洋 に は、 外 洋 域に 水 深 3000mに 達 し ない 海 山 が点 在 して お り 、中 層 に 棲息 し て い た浮 遊 性 有孔 虫 は 、こ れ ら の海 山の堆 積物中 に保存さ れて い る 。そ こ で 、本 研 究 で は、 海 洋 に生 息 す る浮 遊 性 有孔 虫GIscitulaを 過去の 亜
表 層 一 中層 環 境 （特 に 炭 素 循環 ） を 知る 指 標 とす る た め、 現在の 海洋に おけるこ の種 の 安 定同 位 体 比、 形 態 学 的特 徴 と 環境 因 子 との 関 係 を明 らかに するこ とを目的 とし た 。 試料 の 採 集は モ ッ ク ネス プ ラ ンク ト ン ネッ ト と セジ メント トラッ プを用い て行 われた 。
G.
scitulaの採集は、北西太平洋亜熱帯・亜寒帯域において、1997
年5，8，11月、1998年 4月 の 4度 の モ ッ ク ネ ス プ ラ ン ク ト ン ネッ ト （ 多段 開 閉 式プ ラ ン クト ン ネ ット ）と 1994〜 1
998年の 約 4年 間に わ た る時 間 分 画式 セ ジ メン ト ト ラッ プ を 用い て 行 わ れた 。 モッ ク ネ スプ ラ ン クト ン ネ ッ トは 0‑800mの深 さ を 5‑6層 に分 け て 採集 す る こ とに よ り 、よ り 細 かい 情 報 を 得る こ と が可 能 と なっ た 。 セジ メント トラッ プによる 観測 は 14‑35日 間 隔 と い う 高 時 間 分 解 能で 行 わ れた 。 こ れら 2っ の観 測 に 共通 し て 、G.scitulaが 26.7‑27.3aeの 海 水 密 度 を 中 心 に 生 息 し て い る こ と が 確 認 さ れ た 。
Baumfalketal.
(1987)
は 、G.scitulaの殻表面に見られる空隙率が塩分の変化によるも の と いう 仮 説 を提 案 し て いる 。 モ ック ネ ス およ び セ ジメ ントト ラップ で得られ た

サンプルを用いて各個体の殻の空隙率を測定し、この仮説の検証を行った。得られた結果は、塩分によって空隙率が変化しているという仮説を支持するものではななかった。一方、殻の空隙率は古いチャンバーほど高く、海水のカルサイトに対する飽和度と殻の空隙率には良い相関関係が見られたことから、空隙率の変動要因として、溶解の影響を提案する。
海水とG.scitul
aの殻に残された安定同位体比を比較した結果、殻に記録された酸素・炭素安定同位体比は、海水と同位体平衡にはなく、同位体平衡からのずれの大きさが海水中の炭酸イオン濃度に比例していた。しかし、今回得られた結果は、培養実験による研究(Spero et甜．1997)とは大きく異なっていた。この原因として代謝由来のニ酸化炭素の影響、殻の溶解の影響を検討した。G.sc
itul
aの最後のult
imateとpenult
imat
eチャンバーを切断して同位体比を測定した結果、古いチャンバーにより軽い同位体比が見られた。このことは、代謝が一定であると仮定すれば殻が小さい時ほど代謝由来の二酸化炭素を殻に取り込んでいると解釈できる。Be
misetal．，(2000)は代謝活動の温度依存性を報告しているが、今回の結果からそれを確認することはできなかった。古いチャンバーほど空隙率が高いという結果をあわせると、古いチャンバーの溶解が安定同位体比に影響している可能性が考えられた。古いチヤンバーには軽い同位体が取り込まれておりこれらが溶け出すと殻全体としての同位体比組成は大きい値にシフトするはずである。炭酸イオン濃度が小さいほど海水との同位体平衡に近づくとぃう結果は、溶解の程度が大きいほど同位体平衡に近づくことを意味する。従って、G． s
citulaの安定同位体比に見られた炭酸イオン濃度依存性は殻の溶解が影響しているためと結論する。そして、殻の酸素安定同位対比を温度、カルサイト飽和度の関数として表現し、過去のG． sc
itula生息深度を知る指標とした。モックネスプランクトンネットで得られた結果をセジメントトラップで得られたサンプルで検証した。その結果、モックネスプランクトンネットを用いて得られた生息深度や安定同位体比に関する結果の妥当性が確認された。セジメント
トラップによる約3年半にわたる時系列観測で、海洋表層の鉛直対流の程度がG．
scit
ulaの生息個体数の変化に対応していることが明らかになった。この事実は、G．
scit
ulaが過去の鉛直対流の強さを知る手がかりとなりうることを示すものである。
G， scitulaの殻に残された安定同位体比と形態から得られる情報を組み合わせることにより、過去のG． scit
ulaの生息深度における海水中でのカルサイト飽和度（あるいは、炭酸イオン濃度）および全炭酸の炭素安定同位体比の挙動が復元できることが示された。本研究の成果により、これまで情報が極端に不足していた過去の外洋域 におけ る亜表 層一 中層環 境を復 元する こと が可能 となった。

学 位 論 文 審 査 の要 旨
主査

教授

乗木 新一郎副査
副査
副査

教 授 大場忠道
助教 授 中 塚 武
助教 授 山 中康裕

学位論文題名Deep‑dwelling planktonicforamini
fersaspr
oxiesofsubsurface and intermediate water（過去 の海洋中 層環境復元 指標とし ての浮遊 性有孔虫 に関する 研究）

古海洋 環境復元 に関す る研究が近年盛んに行われているが、それらの研究は、表層・深層に ほぼ限定 されて おり、中 層水深 に関する 情報が極 端に不 足してい る。そ の中でも、太 平洋に関 する研 究は、大 西洋の それに比 ベ大きく 遅れを とってい るとい わざるを得な い。ここ では、 太平洋に おける 古環境復 元指標の 開発を 特に亜表 層・中 層環境に注目して研究を行った。
本研究では、亜表層・中層に棲息すると言われる浮遊性有孔虫G
loborotaliascitulaについて 、その海 水中存 在量、フ ラック ス、安定 同位体比 、形態 学的特徴 につい て、セジメン トトラッ プ、モ ックネス プラン クトンネ ットを用 いた。 水中で生 成した 炭酸カルシウ ムの酸素 安定同 位体比は 温度の 関数とし て表すこ とがで きること がわか っており古水 温式が提 案され ている。 ところ が、モッ クネスで 得られ た個体の 酸素安 定同位体比は温度だけの関数で表すことができなかった。Globorotaliascitulaの棲息深度がおよそカ ルサイト の飽和 深度付近にあることから(Be，1971)、殻の溶解の影響を考慮し、殻の酸素安定同位体比を温度とカルサイトの飽和度(Qalcile)で表したところ、温度だけの関数 とした場 合より も高い相 関関係 が得られ た。また 、カル サイトの 飽和度 が小さくなる にっれ海 水と有 孔虫の炭 素安定 同位体比 のずれが 大きく なる傾向 がみら れた。
これらの事実から、G． scitulaの殻の溶解が安定同位体比に影響を与えている可能性が示唆された。
次にGloborotaliascilulaの空隙率と海水環境の関係について調べた。有孔虫の空隙率の変化要因については、これまでに塩分・温度・浮力説が提案されているが、G． scitulaについ ては、こ れらの 仮説を指 示する 結果が得 られなか った。 安定同位 体比の 場合に示唆さ れた溶解 の影響 が実際に 空隙率 にも反映 されてい るかを 調べるた め、カ ルサイ
ト飽和 度と空隙 率の関 係を調べ たとこ ろ、海水 のカルサ イトの 飽和度が 小さく なる、

すな わち 、海 水が カル サイ トに 対し て未 飽和 になるにっれ、空 隙率の増加が確認された。このことは、G． scitulaの空隙率の変化要因として殻の溶解が影響していることを示唆するものである。
過 去の 海洋 表層 環境 指標 とし て浮 遊性 有孔 虫を利用すること を目的とし、セジメントトラップで得られた有孔虫G． scitulaおよび〃．duienreiのフラックスについて調べた。
Neogloboquadr
ina dutertrei
は 、温 度躍 層が 発達に伴ってみら れるdeep chloro
phyllmaxlm
umの形 成が 明瞭 に なる にっ れ増 加し てお り、 逆に 混合 層が 深く なる にっれ減少していた。一方、G． scit
ulaのフラックスは、冬季に増加する傾向にあり、特に鉛直混合が 深く まで 達す る時 期に 最大 値を 示し てい た。 こ のよ うに 、こ れら 2種 の有孔虫は混合層の発達に対し、逆の応答を示す。これら2種の有孔虫の比G． scitula/〃．dutertreiと混合層の厚さ(MLD)の間には、MLD〓128．(
G.scitula/N.dutertrej)
0152(n=ll，r2=0.
77，pく0.
01)という関係がみられた。〃，dutertreiは西岸境界流域に頻繁に産出する種であり、また、G． scindaが深い鉛直混合に応答して増えることを考慮すれば、得られた関係は、鉛直 混合層 の発 達が 顕著 であ る、 海洋 亜熱 帯・亜寒帯域に有効な指標となる。
本 研究 で得 られ た古 環境 復元 指標 は、 過去 の太平洋亜表層・ 中層環境を復元する際に必要不可欠な情報をもたらすことは、間違いない。
審 査員 一同 は、 これ らの 成果 を高 く評 価し 、また、研究者と して真摯な態度と研鑚する 気構 えを 有し てお り、 大学 院博 士過 程に おける努カと取得 単位などもあわせ、申請 者 が 博 士 （ 地 球環 境科 学） の学 位を 受け るの に十 分な 資格 を有 す ると 判定 した 。

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