海水のネオジム同位体を用いた東南極沿岸の水塊の特性評価
Characterizing Water Masses off the East Anterctic Coast Using Neodymium Isotopes
所属機関：高知大学
代表研究者氏名：小坂 由紀子
研究期間：2022 年 10 月 1 日～2023 年 3 月 31 日
滞在研究機関： Department of Earth Sciences, University of Delaware,
Newark, DE 19716, United States
共同研究者等： Asst. Prof. Chandranath BasakIn the global ocean circulation, the Antarctic Ocean (the Southern Ocean) is one of the major deep-water forming
regions along with the North Atlantic Ocean. Oceanographic observations and chemical analysis of seawater there areimportant for understanding heat and mass transport, however, the Southern Ocean is a difficult area to observe due torough weather and sea ice. Data for the Antarctic coastal region are particularly scarce. We determined neodymium (Nd)isotopic composition profile of the 12 stations in the Indian sector of the Southern Ocean including off Cape Darnley. The
Nd isotopic composition of the Cape Darnley bottom water was εNd = ~ −11, confirming a distribution of advection from
offshore Cape Darnley to the west. We plan to determine representative values of Nd isotopic compositions and theirconcentrations for each water mass and analyze whether the obtained Nd isotopic ratio data can be explained by the mixingof each water mass.

研究目的

全球規模の海洋循環において、南極海は北大西洋研究経過と並ぶ主要な深層水形成域のひとつである。そこで

海水試料は学術研究船白鳳丸による KH-20-1 次航の海洋観測と海水の化学分析は熱や物質の移動を把海で 12 地点から採取した 115 試料を対象とした（Fig.

握する上で重要であるが、南極海は荒天や海氷のた1）。採取地点は、南極周辺の主要な深層水形成域とめ観測が困難な海域であり、特に南極沿岸域はデーして 2013 年に報告されたケープダンレー沖の東西タの空白域が多い。そこで本研究では、東南極沿岸を カ バ ー し て い る (Ohshima, 2020; Ohshima et al.,を対象に海水のネオジム（Nd）同位体分析を行い、2013)。Nd 同位体分析の他に、その解析のために海水その空間分布から水塊ごとの特性を評価することを中の希土類元素の定量分析に取り組んだ。

目的とした。

海水試料は採取水深ごとに 5〜10 L 採取し、船上

Nd 同位体比は、現代だけでなく過去の海洋環境をで孔径 0.2 µm のフィルターでろ過した後、pH = 2 に知ることができるトレーサーである。
溶存態の Nd はなるように高純度塩酸を添加した。最初に希土類元海水中で半保存的に挙動するため、その空間分布は素分析用に少量分取し、残りを Nd 同位体比分析用水塊の移動と混合を把握するために用いられている。 とした。Nd 同位体比分析用の試料に対しては、Sep海水の Nd 同位体比は、堆積物中の魚歯/骨片化石やPak C18 カートリッジを用いて希土類元素を濃縮・鉄-マンガン酸化物、深海サンゴなどに記録されてお抽出した。蒸発乾固したのち、溶離液で溶解し、り、堆積/形成年代を測定したうえで分析することで、 Eichrom 製 TRU Resin および Ln Resin を充填したカ過去の底層海水の Nd 同位体比の変遷を復元するこラムを用いて、試料から Nd を単離した。単離したとができる。その解析には、現代の海水の Nd 同位体

Nd は ICP-MS（誘導結合プラズマ型質量分析計）で比の空間分布の把握が不可欠である。

濃度を定量したのちに、Pennsylvania State University

と 、 Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia

南極底層水については、海域に分けて考察する。

University のマルチコレクターICP-MS で同位体分析

St. 01 は本研究の対象地点のなかで最も北側に位を行った。希土類元素分析用の試料は、更に少量を置する。荒天により観測時間を十分にとることがで分取してスパイク溶液を添加し、カラム分離をしてきなかったため、水深 1000 m までしか観測ができなから ICP-MS で定量分析を行う。

かった。
近傍の地点を対象とした研究では、水深 2000m 以浅に存在する周極深層水が南極周極流によって均質化されており、εNd = −8.7 前後になっていることが報告されている(Amakawa et al., 2019; Carter et al.,2012)。本研究の St. 01 についても、水深 1000 m のデータ以外は Amakawa et al. (2019)、Garcia-Solsona etal. (2014)、Stichel et al. (2012)の報告値と概ね整合的であった。St. 01 の水深 1000 m の Nd 同位体比はそれ以浅のデータに比べて高く、その傾向は近傍の S4の 1677 m での報告値 εNd = −7.0 と類似している。S4における周囲より同位体比の高い Nd の供給源は、大西洋中央海嶺であると考えられており(GarciaSolsona et al., 2014)、本研究の St. 01 の水深 1000 m もFig. 1. Sampling location during KH-20-1 on the

同様の影響を受けている可能性が示唆された。
分析結果に基づくと、ケープダンレーより西側にJapanese research vessel Hakuho Maru

位置する複数の地点・水深で、周囲の海水より同位

現時点では、112 試料の Nd 同位体比分析が完了し体比の高い水塊が水深 10−2500 m に点在しているよており、1 試料は試料量が少なく測定できなかった。

うだが、分析誤差が大きく、その上下の水深のデー

残りの 2 試料は前処理が完了してすぐ測定できる状

タは同位体比が低いため、今後のデータの解析での態である。また、希土類元素の定量分析用試料はカ扱いについて慎重に判断していきたいと考えている。

ラムによる濃縮、分離操作のため試料の秤量とスパ研究対象地点の東端の St. 14 では、ケープダンレイク添加が完了している状態である。当初は全てのーより東側にあるアメリー棚氷で形成された、より分析を終わらせてから帰国する予定だったが、体調希釈されていないケープダンレー底層水が観測され不良のため作業できない期間が 2 週間ほどあり、計た。観測地点内で最も希釈されていないケープダン画通り進めることができなかった。このため、残りレー底層水は εNd = ~ −11 であり、Nd 同位体比からの分析は共同研究者である Basak 博士が実施する予もケープダンレー岬より西部の底層に広範囲に分布定である。

していることが確認できた。南極周極流は西から東へ流れるが、南極沿岸では沿岸流が東から西に流れ考察ており、それに沿った分布を示している。南極底層採水器の下部にセットされた CTD (Conductivity

水のグローバル値 εNd = −8.0 (Garcia-Solsona et al.,Temperature Depth profiler) で観測された水温、塩分、2014)よりもケープダンレー底層水の Nd 同位体比は圧力（深度）のデータから中立密度を算出した。既低かった。これは、東南極沿岸を構成する古い岩石存研究による各水塊のパラメータ(Garcia-Solsona etの風化によって同位体比の低い Nd が供給されておal., 2014; Haine et al., 1998; Lee et al., 2015; Stichel et al.,

り、それが深層水形成の際にとりこまれていること2012)に基づくと、観測された海水は南極表層水、冬を反映していると考えられる。

季水、周極深層水、南極底層水の 4 つの水塊に分類

今後はそれぞれの水塊の Nd 同位体比の代表値とされる。表層水は地点による水温・塩分のばらつきその濃度を決定し、得られた Nd 同位体比データがが大きい。水深 100 m 前後に存在する冬季水はポテ各水塊の混合で説明できるかどうかについて解析を

ンシャル水温が最も低い水塊である。研究対象海域進める予定である。の冬季水は εNd = −9.0 前後であった。周極深層水と参考文献
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Hakuho-maru.
Ohshima, K.I., Fukamachi, Y., Williams, G.D., Nihashi,S., Roquet, F., Kitade, Y., Tamura, T., Hirano, D.,
Herraiz-Borreguero, L., Field, I., Hindell, M.,
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Ocean. Earth Planet. Sci. Lett. 317–318, 282–294.
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.11.025
研究の発表

口頭発表、誌上発表 現時点でなし