博 士 （地 球 環 境科 学）佐 藤昌泰
学 位 論 文 題 名

古海洋復元プロキシーとなる堆積 物中金属 成分に関する研究
学 位論文内容の要旨
本 研究 では 、古 海洋 復元 プロ キ シー と呼ばれるもののひとつである海底堆積 物中金属成 分を 、オ ホー ツク 海、 およ び 日本 近海における堆積物について測定した。 過去、
環境 がど のよ うな 状況 にあ った か を示 すものを「ブロキシー」と呼んでいる。 現在までに 数多 くの プロ キシ ーが 報告 さ れて おり、そのーっに、堆積物に残っている 有孔虫と呼 ぱれ る生 物殻 の炭 酸カ ルシ ウ ム中 酸素同位対比から、当時の海水温度を復 元したとい うも のが ある 。そ の他 のプ ロ キシ ーは、生物量の指標として用いられる炭 酸カル
シウ ムや 有機 炭素、栄養塩の指標として用いられる カドミウム（Boyle，1981） 、水温の指 標と して 用い られ るス トロ ン チウ ム／カルシウム比、珪藻・円石藻の指標 として用い られ る生 物起 源シ リカ （生 物 起源 オバール）など、さまざまなプロキシー が提案されている。
生 物生 産に 関す るプ ロキ シー は 、関 心も高く研究例が多いのだが、それは主 に低緯度海 域で の報 告が 多い 。炭 酸塩 は 、高 緯度の海域では、生物生産が活発なため 、有機物分 解に 伴い 炭酸 塩が 溶解 し、 残 りに くくなる。しがって、堆積物に残りやす いプロ
キシ ーを 探さ ねば なら ない 。そ こ で、 近年、生物生産のプロキシーとしては、 生物起源オ バー ルか ら得 られ る情 報を 重 視し ている。しかし、あくまでもケイ質の生 物であるか ら、 石灰 質生 物の 生産 の情 報 はオ バールからは得られない。石灰質生物の 情報を残す可能性のあるプロキシーの存在が望まれ るところである。
本研究では海水起源のバリウム(Baex)濃度 を求め、そのオバール濃度と比較した。その結 果、 2つの 分布 はと もに 、大 まか には 温暖 期に 濃度 が高 く 、寒冷期に濃度 が低い
とい う傾 向が 見られたが、暦年代で最終終末期に相 当する(
10―17 kyr) 60―170 cmにおいて、Ba。エがオバールよりも先に増加し 始めていた。炭酸カルシウムが、同じようにオ バー ルよ りも 先に 増加 する こ とか ら、Baexは、ケイ質の生物に加え、石灰 質の生物と も関 係が ある 可能 性が 示さ れ た。 また、12万年程度前の最終間氷期では、 オバールの濃度が高いが、Ba。ーは増えなかった。 このことは、もし活発な生物生産で強い還元環境が出現し、Ba。エが硫化物に還元され て溶け出したとすれば、説明できる。Ba
exとオ バー ルと の相関係数は非常に小さかったhs(r＝0.34)、二つの期間を除き、 深さに− 1527

ともに増加する関数で割ると、係数は大きくなった（r＝0．90）。これは、氷期に堆積環境 が 徐 々に 変 化 した ため であろう 。氷期 において 、チタ ンの堆積 速度は 間氷期の 約2倍 であった が、堆積 物全体 の堆積速 度が間 氷期にあ まりに 大きかっ たため、 オバールに ついての 氷期と間 氷期の 間の違い は、堆 積速度の 方が堆 積物中濃 度よりも 大きかった。
次 に、酸化 還元環 境の変化 に敏感で あると いわれる カドミ ウムを用 いて、 古環境の復 元を試み た。カド ミウム は、遷移 元素の ーつで、 地球化 学的には 、海水中 のりン酸
濃 度と相関 が高いこ とが知 られており(Boyleetal.
，1988)、これをもとに過去の栄養塩 環境の復 元が試み られて いる。し かし、 一方でカ ドミウ ムは、酸 化還元環 境に敏感で あり、還 元的な環 境にな ると硫化 物を作 って沈殿 すると 言われて いる(KerstenandForsttner，1987)。しかも、酸化還元電位が低いため、強い還元環境でないと起こらない。
van Geen
餅a
L (1995)は 、東太平 洋カリ フオルニ ア沖において、採取深度の異なる様々な 表層堆積 物を採取 し、海 水起源の カドミ ウムを抽 出し、 その濃度 を採取深 度に対して 分布を示 して、付 近の地 点で採取 された 海水柱の 溶存酸 素と比ぺ た。その 結果、溶存 酸 素 鉛直 分 布 とカ ドミ ウムの鉛 直分布 が鏡像関 係にな り、水深 1000mで 、溶存酸 素は 極小にな り、カド ミウム は最大に なった 。このこ とは、 堆積物直 上の海水 中溶存酸素 濃度が、 カドミウ ムの堆 積に影響 を及ぼ す可能性 がある ことを示 している 。これはカ ドミウム から当時 の栄養 塩環境を 復元す る上で非 常に重 要な情報 を示して いるが、こ のような 研究例は 少なく 、これが 東太平 洋のある 一海域 の結果で あるため 、これが海 洋のどの 地点にお いても 適用でき るかど うかが明 らかで なく、し かも、こ の研究では 、ビスト ンコアラ ーなど 、堆積物 表層を 乱す可能 性のあ る採取方 法を取っ ているた
め 、信頼性 にかける 点があ る。その ため、 本章では 、それ らの不確 定要素を 取り除く
べ く、van Ge
en et aL (1995)の海 域の反対 側であ る西太平洋域において研究を行い、そ の際試料 は、堆積 物表層 を乱さな い方法 で採取さ れたも のを用い て彼らと 同様の検討 を行い、 この金属 元素の 有用性を 示すこ とを目的 とした 。本研究 では、こ れを西部北 太平洋に 応用した 。その 結果、過 去の報 告と同じ ように 、溶存酸 素濃度の 極小層にあ たる深度 で採取さ れた堆 積物中の カドミ ウム濃度 が極大 を取った 。これに より、東太 平洋にお ける結果 が、そ の海域の みでな く、広く 応用で きる可能 性がある ことが示された。

‑ 1528一

学位 論文審査の要旨
主 査 教 授 角皆静男
副査 教授 乗木新一郎
副 査 教 授 大場忠道
副査 助教授 田中教幸
副査 助教授 渡辺 豊

学 位 論 文 題 名

古海洋復元プロキシーとなる｀堆積物中金属成分に関する研究
本 研究では 、古海 洋復元プ ロキシ ーと呼ぱ れるも ののひと つである 海底堆 積物中金属 成分を、 オホー ツク海、 および 日本近海 における 堆積物 について 測定し た。過去、
環 境がどの ような 状況にあ ったか を示すも のを「プ ロキシ ー」と呼 んでい る。生物量の 指標とし て用い られる炭 酸カル シウムや 有機炭素 、栄養 塩の指標 として 用いられる
カ ドミウム 、珪素 殻を持つ 生物量 の指標と して用い られる 生物起源 シリカ （生物起源オ バール） など、 さまざま なブロ キシーが 提案され ている 。
生 物生産に 関する プロキシ ーは、 関心も高 く研究 例が多い のだが、 それは 主に低緯度 海域での 報告が 多い。炭 酸塩は 、高緯度 の海域で は、生 物生産が 活発な ため、有機物 分解に伴 い炭酸 塩が溶解 し、残 りにくく なる。し がって 、堆積物 に残り やすいプロ
キ シーを探 さねば ならない 。そこ で、近年 、生物生 産のプ ロキシー として は、生物起源 オバール から得 られる情 報を重 視してい る。しか し、あ くまでも ケイ質 の生物である から、石 灰質生 物の生産 の情報 はオバー ルからは 得られ ない。石 灰質生 物の情報を残 す 可 能 性 の あ る プ ロ キ シ ー の 存 在 が 望 ま れ る と こ ろ で あ る 。
本 論文では 海水起 源のバリウム(Baex)濃度を求め、そのオバール濃度と比較した。その 結 果 、2つ の 分布 は ともに 、大まか には温暖 期に濃 度が高く 、寒冷 期に濃度 が低いと いう傾向 が見ら れたが、 暦年代 で最終終 末期に相 当する(10ー17kyr)60―170cmにお いて、Ba。 エがオ バールよりも先に増加し始めていた。炭酸カルシウムが、同じように オバール よりも 先に増加 するこ とから、 Bae
エは 、ケイ質の生物に加え、石灰質の生物 とも関係 がある 可能性が 示され た。また 、12万年 程度前の 最終間氷 期では 、オバー
ル の濃度が 高いが 、Baexは増え なかっ た。この ことは 、もし活 発な生 物生産で強い還元 環境が出 現し、 Ba。ーが硫化物に還元されて溶け出したとすれば、説明できる。Baex−1529―とオバールとの相関係数は非常に小さかったが（r＝0．34）、二つの期間を除き、深さとともに増加する関数で割ると、係数は大きくなった（r＝0．90）。これは、氷期に堆積環境が 徐々 に変 化し たた めで あろ う。 氷期 にお いて 、 チタ ンの 堆積 速度は間氷期の約2倍で あっ たが 、堆 積物 全体 の堆 積速 度が 間氷期にあまりに大きかったため 、オバールにつ いて の氷 期と 間氷 期の 間の 違い は、 堆積速度の方が堆積物中濃度より も大きかった。
次 に、 酸化 還元 環境 の変 化に 敏感 であ るといわれるカドミウムを用いて 、古環境の復元 を試 みた 。カ ドミ ウム は、 遷移 元素 のーつで、地球化学的には、海水 中のりン酸濃度 と相 関が 高い こと が知 られ てお り(Boyle餅aL， 1988)、 これ をもとに 過去の栄養塩環 境の 復元 が試 みら れて いる 。し かし 、一方でカドミウムは、酸化還元 環境に敏感であ り、 還元 的な 環境 にな ると 硫化 物を 作って沈殿すると言われている(Kersten andForsttner，1987)。vanGeenetal(1995)は、束太平洋カリフオルニア沖において、採取深度 の異 なる 様々 な表 層堆 積物 を採 取し 、海水起源カドミウムの濃度を採 取深度に対して 分布 を示 し、 付近 の地 点で 採取 され た海水柱の溶存酸素と比較した。 その結果、溶存 酸素 鉛直 分布 とカ ドミ ウム の鉛 直分 布が鏡像関係になり、溶存酸素が 極小になった水 深約 1000mで カド ミ ウム 濃度 は最 大と なっ た。 この こと は、 堆積物直 上の海水中溶存 酸素 濃度 が、 カド ミウ ムの 堆積 に影 響を及ぼす可能性があることを示 している。にも かか わら ずこ のよ うな 研究 例は 少な く、これが東太平洋のある一海域 の結果であるた め、 これ が海 洋の どの 海域 にお いて も適用できるかどうかが明らかで はない。そのた め、 本研 究では、van Ge
en et aL (1995)の海域の反対側である西太平 洋域において研 究を 行い 、彼 らと 同様 の検 討を 行っ てこの金属元素の有用性を示すこ とをめざした。 その 結果 、過 去の 報告 と同 じよ うに 、溶存酸素濃度の極小層に相当す る深度で採取さ れた 堆積 物中 のカ ドミ ウム 濃度 が極 大を取った。これにより、溶存酸 素極小層と表層 堆積 物中 カド ミウ ム濃 度が 太平 洋全 体に影響する可能性があることが 示された。
審査員一同は、以上の研究結果を高く評価し、また 研究者として研鑚を重ねており、その研究に対する態度も誠実かっ熱心であること、取 得単位を満たしたことをあわせ、申請者が博士（地球環境科学）の学位を受けるに十分 な資格を有するものと判断した。

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