第３回

環境サイエンスカフェ

テーマ 「気候変動の科学・その３」～大気中の CO2 濃度はどう制御されてきたか？ 深層水循環と生物ポンプ～
講 師
多田隆治 さん ＜古環境学者＞ 東京大学理学系研究科 教授
日 時2011 年６月２２日（水）18：30～20：00
サロン・ド・冨山房 Folio
会 場
３５名
参加者

低いところが 180ppm ぐらいで、高いところが■第 3 回 環境サイエンスカフェ 講演録

280ppm ぐらい。
多田先生：こんばんは。今回のシリーズもこれでそれがその後、人類が最初のうちは木を燃やして、3 回目です。最初に始めたときは 3 回目には誰も次に石炭を、そして石油を燃やしてとやっている

居なくなってしまうのではないかと思っていたの

うちに、今はここまで来ていますよと示しているですが、皆さん来てくださるので、私の方もだん

ところです。

だんここで話すのが楽しみになってきました。あ図をよく見ると、自然界の変動、つまり前回に

まり雑談をしていると時間がなくなってしまいま

お話ししたように氷期‐間氷期の大きな気候変動すので早速本題に入りたいと思います。

を引き起こした CO2 の変化というのは振幅で今日は大気中の CO2 の話、特にそれがどう制御

100ppm 程度であるのに対して、産業革命後以降されてきたかという話をします。やはり皆さん

現在までのわずか 300 年の間にそれと同じくらい

CO2 のことは非常に興味をお持ちのようで、申しCO2 濃度が上がっていることがわかります。これ込んでいただいたときのコメントを見させていたからもしばらくは CO2 濃度上昇が続くとおもわ

だくと、かなりお詳しいというか、いろいろなこれますから、いかにわれわれがこれから向かってとを調べてご存じの方が多いようで、うかつなこ

いく将来というのが過去とは懸け離れたものになとは言えないなと思っております。

るだろうかということが、図から想像できると思います。
では、一応このお話は続き物なので、前回の復まずこの写真（事務局で割愛）から入ります。
これは 3 年くらい前にあった『不都合な真実』と習を簡単にしていきたいと思います。

いう、アル・ゴアが作った映画の１シーンです。
実は写真に示されるグラフは前回にお話しした氷◇前回の復習床コアの気泡の中から取り出した過去の空気の分

前回は、氷期‐間氷期サイクル（大体 10 万年で析に基づいた過去数 10 万年間の大気中 CO2 濃度繰り返す環境変動）がどういう原因で起こったのの変動を示した図で、写真に示されるグラフの端かという話をしました。簡単におさらいすると、にクレーンに乗っかったゴアが居ます。グラフの地球が太陽の周りを回る公転軌道、地球の自転軸
1温度の変化に対応するように CO2 の濃度の変化が起こっています。２つの指標の間に密接な関係があることが示されているわけです。ここまでが、非常に簡単にまとめた前回のあらすじです。

【図１】の傾き、そして自転軸の歳差運動（ごますり運動）
が実は 10 万年とか 4 万年、2 万年という周期で起こっているというお話をまずして、それらが実は【図２】

地球に当たる日の光の量（日射量）を変化させているというお話をしました。そして、そういったこの様に、例えば氷期‐間氷期サイクルに対応

変化が氷期‐間氷期を作り出すこと、そして、地球というシステムにはスイートスポットというか、非常に敏感な部分があって、現在の地球（現在として、180 から 280ppm へと 100ppm もの CO2の濃度変化があったわけです。では、こうした変化がどの様にして起こったのかというのが、今日いうのは比較的近い過去も含めて）の環境は、北のお話の中心になります。

半球の高緯度に当たる日射量でコントロールされあと、もう一つは、前回もう少し長いタイムスており、特に、北半球の高緯度の夏が氷期‐間氷期サイクルを作り出しているという話をしました。
そういう敏感なサブシステムについてもう少しケールの話も聞きたいというコメントがあったので、それも含めての最初の質問です。
「氷期‐間氷期サイクルに連動した CO2 濃度の変動は今お見説明すると、氷期にはカナダの上に厚さ 3 キロぐ

せしたとおりですが、これはより長いタイムスケ

らいの大きな氷床があって―今の南極氷床より大ールでの CO2 濃度変動と同じメカニズムで説明

きいぐらいですが―それが不安定で気候変動に非できるでしょうか？」前回聞かれた人は私が途中常に敏感であったため、小さな変動の信号をどん

でちょっと口走ったので分かっている方もおられどん増幅して大きくする役割（正のフィードバッ

ると思うのですが、いかがでしょうか。

ク）を果たしたこと、そういうプロセスが地球シ
ステムの中に多数伏在していて、それが何かのき◇CO2 固定のプロセス

っかけで顕在化すると非常に大きな変動を引き起こしうるという話を前回したわけです。
◇CO2 変動：北半球と南半球をつなぐもの
前回の話の最後の方で、北半球で起こった変化がなぜ南半球にまで伝わるのかという話をして、そのために非常に重要な役割を果たしているのが
実は CO2 なのだという話をして終わったと思います。この図（図２）は最初のアル・ゴアの写真のところでも出ましたが、80 万年前から現在までの大気 CO2 濃度変動を示しています。図の上のグ
ラフは、南極の温度の変動を示しています。南極の温度の変化と CO2 の変化を比較すると、南極の【図３】2

では、少しその長いタイムスケールでのお話を御されているのでしょうか、というのが質問なのいたします。これは第１回目にスノーボールアー

ですが、いかがでしょうか。
「イエス」or「ノー」、ス（全球凍結）の所でお話ししたのですが、地球二択で。

表層における CO2 の固定の過程というのは、特に……今日は静かですね。感の良い人はわかると長い、例えば 100 万年という時間スケールではど思いますが、こういう質問の流れでいくと、答えの様に起こっているかというと、一つは岩石の化

は「ノー」なのですよね。

学風化とその結果作り出される石灰岩の堆積によって起こっています。具体的に化学式で書くと、CaSiO3 + CO2 → CaCO3↓+ SiO2 となります。
CaSiO3 は鉱物の一種で火成岩に多く含まれます。
これが風化過程で CO2 と反応すると、一旦溶けて海に運ばれ、最終的に石灰岩やチャート（SiO2）―がちがちの火打石のような石―になります。つまり、この反応は大気中の CO2 を使って火成岩を風化分解し、石灰岩やチャートとしてそれを再沈殿させているということになるわけです。
もう一つが有機物です。光合成によって、有機物を作ります。作ったものをそのまま分解してし【図４】

まったら元の木阿弥なのですけれども、それが地中に埋まって例えば石油や石炭になると、その分この図（図４）は過去 5 億 5,000 万年間の大気CO2 を固定したことになるわけです。これを簡単中の CO2 濃度変化を推定した図です。大体 5 億

な式で書くと、CO2 + H2O → CH2O↓ + O2↑ とな

5,000 万年前というのは、殻を持ち化石に残るよります。つまり、二酸化炭素と水を使って、有機

うな多細胞生物が出てきた時代なのですけれども、物と酸素を作り出すのです。ここで CH2O と書いそれ以降の変化です。横軸が６億年前から現在まてあるのは炭水化物です。有機物の化学式は、実での時間、縦軸が現在の大気中の CO2 の何倍かと際はもっとずっと複雑なのですが、CH2O といういう値です。そして、図中に色の付いたバーで示のはそれを単純化した式です。これでそこそこあしてあるのが、地質学的な証拠から推定されたっているので、われわれの業界では、簡単に書く

CO2 レベルです。それから、実線で書いてあるのという意味で CH2O と表記しています。

は、炭素循環モデルを使って推定した結果です。

基本的に長いタイムスケールの炭素循環では大かなり誤差は大きいのですが、例えば４億年から
気と海洋は一つのボックスとして考えるのですが、 ５億年前には大体 20 倍ぐらい。だから、現在（CO2
そのときに大気＋海洋の中にある CO2 の量といの人為的増加が起こる前）を 300ppm ぐらいとすうのは何で決まっているのでしょうか。一つは入ると、その 20 倍というと 6,000ppm ですよね。とってくる方。何かというと、地球の内部から出てんでもなく高い CO2 レベルになります。それが 3くる火山ガスですね。これの放出速度が速くなる

億年くらい前に一回下がって、その後また上がっと、大気と海洋の中の CO2 が多くなる。要するにて下がるという変化をしています。

CO2 濃度が上がるわけです。一方で、これを消費するのは、さっき言ったように化学風化と光合成◇火山活動と CO2 濃度によって石灰岩とか有機物という形で固定する過こうした変化はなぜ起こるかという話をしだすと程です。それによって、大気＋海洋中にある CO2

また時間がいくらあっても足りないのですが、簡がどんどん消費されます。この２つのバランスで単に言うと、CO2 が高い時期というのは火山活動決まっているのだ、ということを、第１回目におが盛んな時期で、低い時期というのは火山活動が話ししました。

あまり盛んでない時期に当たります。なぜ火山活ここで最初の質問に戻ると、要するにもう少し動が盛んな時期と盛んでない時期があるかという短いタイムスケール、例えば氷期‐間氷期スケーと、それは、火山活動が大陸の集合、離散に関係

ルでもこれと同じ過程で CO2 濃度というのは制するからです。火山活動が盛んでない時期という3

のは大陸が衝突して集合しつつある時期に、盛ん◇CO2 濃度の上昇速度と人間活動な時期というのは大陸が分裂している時期に当た

そこで、たぶん「では今の人類がやっているこります。大陸が分裂すると、その間に中央海嶺ととはどうなる」という質問が出るかと思いますのいう火山帯ができます。現在でいうと大西洋の真で、一応お答えしておきます。人類の CO2 の放出

ん中とか、太平洋でいけば南米側の海底にありま

速度はさらにこれよりも、3 桁大きいのです。いす。深海底というのは大体 6,000 メートルぐらいかにわれわれが今やっていることが従来の地球のの水深があるのですけれども、そこに巨大な山脈

営みから懸け離れているかということが分かるとがあるのです。その山脈の尾根付近で非常に活発思います。だから、火山活動の放出速度と比べるな火山活動が起こって、そこで新たな海洋底が作と、５桁違うわけですよね。そして、今日これかられています。要するに大陸が分裂すると、そうらの話題の中心になりますけれども、自然界が生いう火山帯が海の真ん中にできるわけです。そのみ出し得る CO2 の変化速度としては、たぶん氷期

結果、火山帯からの脱ガスが活発化して CO2 濃度から間氷期にかけての上昇が一番速い速度だと思が上がるということになります。この話は今日のわれるのですけれども、それと比べても 3 桁大き

メイン・テーマではないので、このぐらいで止めいのです。そのぐらい人間はすごいスピードでておきます。

CO2 を出しているのです。実は今の温暖化の問題というのは、出す CO2 の総量の問題もあるのですが、それよりも出すスピードの問題の方が大きいのです。出すスピードが非常に速いということが一番大きな問題だと思います。
ということで、次の質問に移ります。100ppmに及ぶ大気の CO2 濃度変動というのが氷期‐間氷期サイクルで起こったわけですけれども、これが地球の内部からの放出ではとても説明できないという事は今お話ししました。では、他にどういう過程があるのでしょうか。これが今日のテーマ
なのですけれども、いかがでしょう。
今日はなんだか皆さん静かですね。会場：
（笑）

【図５】

今日はこれから炭素循環の話をしていきます。シ

それで、先ほどの質問の続きにもどりますけれ

ステムの中で例えば炭素を蓄える能力のある部分

ど、実は 2 万年前の最終氷期から 1 万年前の後氷をリザーバーと呼びます。日本語でいうと、貯蔵期に移る大体 6,000 年ぐらいの間に、CO2 濃度が庫ですね。だから、今日は自然界のいろんな部分

180 から 270ppm ぐらいまで約 90ppm 上がってを貯蔵庫に例えて、その中での、あるいはその間いるのです。この上昇のスピードは、火山活動ででの炭素のやりとりを議論していきます。そうすは説明できません。

ると、大気というのは一つの貯蔵庫なわけです。

どういうことかというと、氷期から間氷期にかでは、大気という貯蔵庫の CO2 濃度（貯蔵量）のけての CO2 の上昇速度というのは、簡単な計算で変動が他の貯蔵庫とのやり取りによると考えたと「27×1015ｇ/1,000 年」くらいなのです。この単きに、相手としてはどの様な貯蔵庫があるのでし位を見ても全然ピンと来ないと思いますが、とにょうか。

かくこのスピードです。一方、火山ガスの放出速

はい、前に座った方は責任として何か。会場：（笑）

度も非常に大ざっぱですが推定されていて、これ
会場：海が大体２桁低いのです。だから、このスピードは
とても火山活動では出せないという訳です。われわれの知らないような、とんでもない火山活動が多田先生：そう、海ですね。どうもありがとうご

起これば別ですけれども、そうでない限りは、地ざいました。

球の内部から出てきた CO2 では説明がつかないということになります。
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るものにはどういうものがあるかと考えたとき？
会場：植物とかですか？
多田先生：はい、そうですね。やっと出してくださいました。ありがとうございます。

【図６】
CO2 濃度の変動は他の貯蔵庫とのやりとりによって引き起こされる、ということです。具体的には、貯蔵庫間の炭素のやりとりの速度をフラックスと言うのですけれども、炭素フラックスが大きい様な貯蔵庫間でのやりとりが短いタイムスケー
ルでの大気中の CO2 濃度の変化を引き起こして【図７】います。当たり前の話をもっともらしく書いただ
けなのですけれど、さっき言った固体地球というこの図（図７）は、Wikipedia から取ってきたのは、実は貯蔵庫（リザーバー）としてはすごく図ですが、地球表層における炭素循環を示してい大きいのだけれども、やりとりのスピードはすごます。図だけ見ると矢印がたくさんあって訳が分

くのろいのです。だから、短いタイムスケールでからないですが、大きな貯蔵庫の内の一つが大気ですね。大気に 750 ギガトン（Gton）の炭素が貯は、CO2 濃度の大きな変化は生み出せない。その代わり長いタイムスケールではすごく大きな変化

蔵されています。ギガトンというのは 10 の 15 乗

（さっき言ったように 20 倍とか）を引き起こすこ

グラムです。それから、もう一つの大きな貯蔵庫
が、陸上の植物ですね。これが 610Gton です。

とができます。ここではより短いタイムスケール

そして、実はそれよりも大きい貯蔵庫が海です。

で濃度変動を引き起こす可能性を持つ貯蔵庫はど海をここではちょっと細かく表層と深層とに分けういうものかという事を考えていきます。

ていますが、特に大きいのは深層ですね。深層では 38,100 Gton。それから、表層でも 1,020Gton◇CO2 の貯蔵庫
では、地球表層において炭素はどのようなとこですね。これだけの量の炭素が無機的に溶けていろに、どのような形で貯蔵されているのでしょうます。コーラの中の炭酸と同じようにして溶けてか。既に海というお話が出ましたね。実は、海はいるのですね。それから、それ以外に、実は海に非常に重要な貯蔵庫なのですが、他に今日ここでは水溶性の有機物が存在します。しかし、これは話題にするような、割に短い時間でたくさんやり

大した量はなくて、せいぜい大気と同じか、それとりができる貯蔵庫というものにはどういうもの

よりちょっと少ないぐらいです。
それから、海に生物が居るのですけれども、海があるのでしょうか。いかがですか。

の生物は、実は死後に消えていくスピードがすごく速いため、ストックというかある瞬間に存在す

会場：石とか、地中の化石燃料になるとかですか？

る量としては陸に比べて著しく少なく、たった
3Gton しかないのです。

多田先生：先ほども言いましたように、石炭や石油は、貯蔵庫のサイズとしては大きいけれども、これらが、一番やりとりが速い貯蔵庫なのです

人間が掘らない限りは、やりとりの速度は非常にが、これら以外に一応考えた方がいい貯蔵庫とし遅いのです。他に地球の表面で、炭素でできていて堆積物があります。海底の表面にあるような堆
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積物中にも炭素が残っています。それから、土壌

そして、溶存有機炭素というのも、無視はできですね。これは結構重要なのですが、土壌にないけれどもこれよりはだいぶ小さいことが分か

1,580Gton と書いてあります。これは割と大きいります。また、生物は微々たる量ということです

貯蔵庫です。

ね。

ということで、これらが大体今日のお話で考えあと、堆積物中には 150Gton ぐらいです。そしる貯蔵庫です。それから、さっきの方が言われたて、陸上植物が 610Gton と結構多いですね。土壌

化石燃料というのは、量としてはすごく多いのでももちろん 1500Gton と大きいのですが、やはりけれども、人間ががんがん掘らない限りは割とおやりとりのスピードという意味では陸上植物の方となしく埋まったままなのです。

がはるかに速いです。図に黒字でしめしているのは、やり取りのスピードという意味ではやや遅い
けれど、ただ無視はできないということで、一応

会場：土壌は、バクテリアも含んだものですか。

頭の隅には入れておきましょうというぐらいの意味です。

多田先生：はい。バクテリアももちろん含みます。

今お見せしたように貯蔵庫としてはやはり海が

ただ、土壌中の炭素の一番主なものは、植物が枯圧倒的に大きいのです。これには疑問の余地はあれて炭化したものです。それが非常に多い。

りません。大体、大気の炭素貯蔵量の 40～50 倍はあります。そして、次に大きいのが、陸上植物

会場：はい。ありがとうございます。

プラス土壌です。今日は氷期‐間氷期での CO2 の変化をお話ししているのですが、では氷期に陸上◇地球表層の主な貯蔵庫
さて、今のお話をもう一度数値にまとめ直した

植物プラス土壌の炭素貯蔵量はどうだったかと考ものがこの図（図８）です。大気に含まれる炭素

えると、氷期は氷床が大きかったので、陸域でのはほとんどが二酸化炭素です。ひとつ前の図は５

生物圏は範囲がすごく狭まっており、土壌も同じ年前の値をもとにした図ですから、もちろん今はようにして狭まっていたと思われます。というこ

またさらに増えています。メタンがその次で、ことは、氷期の炭素貯蔵量は小さくて間氷期に大きれは２桁ぐらい小さい値で、ほとんど無視して構かった事になり、CO2 を氷期から間氷期に向かっわない量です。ただ、温室効果という意味では実て放出するプロセスとは逆の動きになります。

はメタンの効果はすごく強いので無視はできない

もう少し説明すると、氷期から間氷期にかけて、のですが、今日は CO2 の話を主にしますので、メ

大気中の CO2 濃度は大体 100ppm 増えたわけでタンには触れない事にします。

す。これは、氷期にどこかにためこまれていたものが 100ppm 分出てきたということです。しかし、生物圏を見ると、氷期の方が、貯蔵量が小さくて、間氷期の方が大きいのですよね。ということは、
陸上生物圏はどちらかというと CO2 を蓄積するプロセスにあって、出すプロセスにはなかったということです。
ですから、これからの議論でも、陸上生物圏も考えなければいけないのですが、その貯蔵量変化
では少なくとも 100ppm の上昇を説明することはできません。むしろ、陸上生物圏の分も考慮すると 100ppm では済まなくて 120～130ppm の放出【図８】と言うべきかもしれないのです。そういう意味で、

それから、海の方は、さっき言ったように溶存無陸上生物圏の炭素貯蔵量は変動しているのだろう

機炭素の形が主です。これは水に炭酸ガスをぼこ

けれども、その動きとしては逆センスなのです。

ぼこと泡を出るようにして通すと、その一部が水

従って、100ppm の増加を説明する上で残る貯蔵に吸い込まれる、そういうものです。それが一番庫は、海洋しかないのです。

多くて 4,800 Gton ぐらいあります。
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プがそれぞれ一体どういうものなのかをこれから延々とお話していきます。ちなみに、前の二回の講演では数式が出ましたけれども、今回は数式が出ない代わりに化学式が少し出ます。

【図９】◇海洋に炭素を送りこむ 3 つのポンプ
では、いよいよ本題に入ります。大気から海洋に炭素を送り込むプロセスにはどういうものがあ【図１０】るでしょうか。いかがでしょうか。
◇生物ポンプでは、生物ポンプからお話します。

会場：例えば、雨とか。要するに水の循環ですかね。蒸発していった後に純水が蒸発していって炭この図(図１１)では模式的に、上から大気、海洋表

酸ガスを吸い込んで雨となって落ちてくるのがあ層水－風でよく攪拌（かくはん）される部分で、ると思います。あと、ニワトリと卵ですけど、気水深 100 メートルから 200 メートルぐらいと思っ

温が上がってくれば当然その海洋から大気中に出ていただけれてくるものがあります。

より深い部分を深層水としています。では、表層ば大体いいかと―それから、それ水で、特に炭素循環に関わるプロセスとして何が起こっているのでしょうか？

多田先生：そうですね。ありがとうございました。
他にないでしょうか。今の二番目に言われた過程

会場：波ですか。

は非常に実は重要で、後で詳しくお話しますけれ
ども、溶解ポンプと呼ばれているものです。他はないでしょうか。皆さんがご存じだったら今日話

多田：いや、波ではないですね。式としては CO2 +すこともなくなってしまうので、一つ出たぐらい

H2O → CH2O + O2 というプロセスですね。これがちょうどいいかもしれないですね。

は何かというと、プランクトンが光合成で二酸化では、今日のメイン・テーマです。要するに氷

炭素と水とをくっつけて、有機物を作って酸素を期に、海に CO2 を押し込めたいわけです。それで出しているプロセスなのです。このプロセスで有はどの様にして押し込めることができるか、どう機物ができるのですが、プランクトンが死ぬと、いうプロセスがあるか。CO2 を海に押し込めるプもしくは何かに食べられてふんで落とされると、ロセスをポンプという名前で呼んでいるのですが、この有機物が海中深く沈んでいきます。しかし、それは 3 つあります。一番目は生物ポンプ。これ

それが海底に達して埋没する割合というのは１パがどういうものかというのは、これからご説明しーセントもありません。ほとんどが海洋深層で酸ます。二番目はアルカリポンプです。これは更に化分解してしまうのです。要するに有機物が腐っ

わかりにくいのですけれども。しかも、これをアて分解するわけです。それが海洋表層で起こってルカリポンプと呼ぶ人と炭酸塩ポンプと呼ぶ人がいるプロセスと逆のプロセスを深層水中で引き起いて、それらは向きが逆なだけで化学的なプロセこしているわけです。この一連のプロセスは生物

スとしては同じなのです。そして三番目は、今答ポンプと呼ばれます。要するに二酸化炭素を有機えが出た溶解ポンプです。今日はこの 3 つのポン物として固体の形で固定して、それを深層水へと
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中に CO2 が一時的にたまるということなのです。

沈降させる過程でもう一回分解して CO2 に戻しているのです。だから、ポンプと呼ぶわけです。

これは結構重要です。海洋深層水というのは CO2

この過程によって大気中の CO2 を深層水中に押をためることはできるのだけれども、一時的な貯し込めているわけです。よろしいですか。

蔵庫にすぎないのです。だから、ポンプを止めてしまうと、CO2 が大気に戻ってしまう。
ちなみに、現在の深層水の循環状態で生物ポンプをもし止めるとしますね。例えば、海の表面に毒をまいてプランクトンを全部殺すとします。そうすると、1,000 年以内に 300～400ppm 分ぐらいの CO2 が大気中に出てきてしまいます。本来は生物ポンプがなかったら 600ppm ぐらいある大気のCO2 濃度が、現在は生物ポンプが働いているから
300ppm に抑えられているということなのです。
生物ポンプについては分かっていただけたでしょうか。これを担っているのは本当に小さいプラン
クトンなのですが、そのプランクトンが繁殖して、【図１１】

その後、死んで沈んでいく。そのプロセスが実は

会場：すみません。そのうちに深層水中の酸素が大気の CO2 を下げるのに非常に重要な役割をしているということなのです。

だんだん欠乏してきて、酸化反応ばかりに行かず

生物ポンプがどういうものかは分かっていただに還元変化が起こるということにはならないのでけたと思うのですけれども、言葉を言い換えると、すか。

海洋の表層での生物生産速度が生物ポンプの強さということになります。では、これの強さはどう

多田先生：少なくとも過去数百万年間はそういっいう原因で何によって決まっているのでしょう

た事はありませんでした。地球の歴史においては、か？これが次の質問です。これも結構高度な質問

今おっしゃったような結果、海底まで酸素がなくだと思うのですが、いかがでしょうか。

なるという事件が起こっています。そして、それにより生物の９割が絶滅するという、海洋無酸素

会場：表層温度？

事変と呼ばれる事件が起こっています。ついでに言うと、地球温暖化をこのまま放っておくと、そ多田先生：温度ですね。間接的にはそういうこと

ういう事態になる可能性があります。われわれがもあります。温度というのは、生物の繁殖にかな

生きているうちにはたぶんないと思うのですけれ

り重要な要素になります。

ども、もう少し長いスケールで温暖化が進行すると、そういうことが起こるかもしれません。

会場：川から流入する水のようなものが関係しま

ただ、今日のテーマに関係して、海洋には深層すか。

水循環というものがあります。そのため、生物ポンプによって深層水中に CO2 を押し込めても、い多田先生：結構鋭いですね。川から何が流入する

つかは大気中に戻ってくるのです。そういう意味のでしょう。

では、生物ポンプというのは、例えでいうと、穴の開いたタイヤに一生懸命ポンプで空気を入れる

会場：それは、やっぱり栄養分とか。

様なものと言えます。あまり大きい穴だと駄目だ
けれど、例えば自転車がパンクした時に経験しま

多田先生：そうです。栄養塩ですね。答えが出てすよね。ポンプで一生懸命空気を入れると、入れうれしいです。出ないときに備えてヒントを用意ているときにはタイヤは膨らんでいるのですが、していたのですが、もう、答えが出てしまいまし放っておくと、またシューとしぼんでしまう。要た。ヒントは何かというと、さっきのお話では有するに生物ポンプで CO2 を入れ続ければ、深層水

機物を CH2O と非常に単純化した化学式で示しま8

したが、実は二酸化炭素と水だけでは生物は生きうと、海洋表層では、栄養塩がある限りは生物がられないのです。それでは何を使っているかといどんどん有機物を生産しているということなのでうと、窒素、リン酸、カリと昔小学校で習った覚す。そして、栄養塩を使い切ると、それ以上はもえがあると思うのですけれども、通常は植物の生

う有機物を生産できなくなるのです。ですから、育には必須の栄養塩が必要で、それがないと有機

やっと答えに到達しましたが、生物ポンプの強さ物を合成できないのです。実際、海洋のプランクというのは表層水への栄養塩の供給速度、特にリトンをいろんな海域で採取、分析して調べると、ンの供給速度で決まっているのです。

モル比（要するに分子の数の比、重さじゃなくてそれで、実は次の質問の答えも先ほどの方が出数の比）で、炭素と窒素とリンは大体 106：16：

してしまいました。表層水中のリンはどこから供１の割合になることが知られています。言い換え給されるかという質問なのですが。

ると、リンが１分子あると、炭素としては 106 分
子固定できるということです。この比を見つけた方の名前にちなんでレッドフィールド比と呼んでいます。そういう訳で、特に窒素とかリンは生物生産に必要な主要栄養塩元素なのです。
次の図（図１２）は縦軸が水深です。本当は海はもっと深いところまであるのですけれども、0から 2,400m まで書いてあります。そして横軸が元素の濃度で、ここでは nutriments（栄養）と書
いてあるのですが、リンだと思っていただいて結構です。この図は、海洋におけるリンと溶存酸素の深度プロファイルを示しているのです。酸素の【図１３】

プロファイルの方は、今はちょっと置いておきま
して、リンのプロファイルを見てみましょう。こ

一番重要なのが川からの供給です。水に溶けた形の図からどういうことが読み取れるかについて、で運ばれるのですが、これがリンの主たる供給源

いかがでしょう。図から何かを読み取るというのの一つです。

は実は科学の中では非常に重要なことです。そんそして、重要な供給源がもう一つあります。先

なに難しい質問ではないのですが。

ほどお話ししましたように、表層水中で生産された有機物は、沈降して深層水中で分解します。分
解したときに、リンを深層水中に放出するわけです。先ほどの方が言ってくださいましたが、海洋の深層ではリンの濃度が高いというのはそういう理由なのです。そして、リンに富んだ深層水はやがて深層水循環の終点で湧昇してきます。実は湧昇というのは海洋全体でゆっくり上がっているとは限らなくて、風の関係があるのですが、ある特定の地域で強く湧昇します。そして、そういう湧昇の強いところで生物生産が高まり、格好の漁場になるのです。だから、中学校の地理で習ったと思うのですが、例えばペルー沖とかカリフォルニ【図１２】

ア沖とかの漁場というのは、皆湧昇が強いところ
に当たります。という訳で、深層水が 2 つ目の主

会場：深層の方がリンの濃度が増える。

要供給源になります。
多田先生：そうですね。それを言い換えると、表では、河川水に溶けているリンというのはどう

層水では栄養塩がほとんど使い尽くされているとやってできたかというと、実は最初にお話ししたいうことなのです。その事が何を意味するかとい岩石の化学風化が原因なのです。岩石の中にはリ9ンを含んだ鉱物があるのですが、それが風化分解

ちに、今度は高緯度では栄養塩が残っているといしてリンが溶け出てくるのです。ですから、長いうわけですが、では何故残っているのでしょう。

タイムスケールで言うと、栄養塩の供給という意

どうですか。

味でも化学風化は CO2 と関係しているのです。それから、湧昇による供給の方は、深層水循環の速

会場：たぶん日照が少なくて、生物活動がうまくさとか様式に関係しています。今日は話がそこまいかない。

で到達できるかどうかちょっと微妙なのですが、
多田先生：素晴らしいなあ。だんだん調子が出てなるべくそこまで行きたいと思います。
次の図(図１４)は世界の海の表層水中のリンのきましたね。そうなのです。一つは、やっぱり日

濃度分布を色で表しています。大体 50 メートルぐ

射量が高緯度に行くと限られますよね。これが生らいの深さでのリンの濃度です。ちょっと見にく

物生産をどうも規制しているらしい。要するに栄

いかもしれないのですが、青い色がほとんど０で、養塩が重要な要素だけど、それだけではなくて、濃度が高くなるに従って黄色から赤へと変化しま

お日さまが十分に当たらないとやはり光合成がです。では、この図から何が読み取れるでしょうか。

きないというわけです。

いかがでしょうか。
けれども、もう１つ言われていることがあります。それは何かというと、鉄です。先ほどお話しした窒素とかリンは主要栄養塩なのですが、それ以外に鉄とか、いわゆるミネラルがごく微量です
けれども、生物生産に必要なのです。それで、現在でいうと黄砂のように風で陸から塵が飛ばされて海に運ばれるのですが、それに結構鉄が入っていて、それが微量のミネラルを補給しているのではないかという説があります。これは結構有力な説です。1987 年に出された説なのですが、その後、それを検証するために実験が行われています。結構荒っぽい実験で、南極海とか、赤道太平洋の一【図１４】部に表層水中に栄養塩が余っているところがある

会場：極地はなにかすごく栄養が高いから、オキのですが、そこに鉄の粉をまいて、生物生産が上アミが多いのはそのせいなのですかね。

がることを確認する実験が実際にずいぶん行われました。

多田先生：もう今の答えでパーフェクトですけれ
ど、高緯度の海域は黄色ですよね。だいたい 45
度ぐらいよりも高緯度で表層水の栄養塩濃度が結構高いのです。だから、南極の周りというのは確かに良い漁場なわけで、クジラが居るのもそういう理由なのです。重要なポイントは、それらの海域では、表層水中に栄養塩が余っているということです。では、かなり高度な質問で、うちの学生も答えられない者がいるのではと思いますが、なぜ高緯度でリンが余っているのでしょう。先ほど、深度方向のリンのプロファイルを示して表層水はプランクトンによる生物生産で表層水中のリンは【図１５】

ほとんど使い尽くされている、生物というのは栄養塩を使い尽くすまではどんどんどんどん繁殖す

こうした実験は特にアメリカが熱心にやったのるのだという話をしましたが、舌の根の乾かぬう

ですが、その意図は、要するに炭素税対策です。
10アメリカが非常に熱心だったのは、鉄をまいてており、例えば鉄をまくことによって表層水中のCO2 を固定して、それで、その分はうちで固定し栄養塩の利用効率を上げる、もしくは、なかなかたから炭素税を払わないぞということを考えたの

人為的には難しいかもしれませんが日射量を変化ですね。けれどもなかなかうまくいかないのと、させることで栄養塩の利用効率を変えるとポンプ

もう一つは、炭素は固定できるかもしれないけれの強さを変える事ができるということなのです。

ど、そんなに鉄をまいてしまって海の生態系など

これが、生物ポンプが何によって制御されているに影響はないのかという懸念があったわけです。

かという質問の答えの２つ目になります。

それで、結局実用化までは行かなかった。
「うまくということで、生物ポンプとその制御要因につ行かなかった」という過去形はまずいかもしれま

いては大体分かっていただけたでしょうか。ちょせん。今後、うまく行くかもしれないので。だけっと難しい部分はありますけれども、今までの話

ど、これはもともと自然界でどのように生物生産

よりは現実の問題に近い話だと思います。

が制御されているかという研究から出発して、場合によると、いわゆるジオ・エンジニアリングと会場：一ついいですか。リンの話なのですけど、いう、人為的に自然を改変することによって CO2

表層水中のリン濃度は、例えば日本近海とかでは固定をしようという試みにつながり得るという具低かったですよね。つまり十分に使われていると体例です。それがいいか悪いかという事は私にはいうことだと思うのですけれども、ひところ富栄判断がつきません。

養化でリンを流すと、要するにそこら辺にプランクトンが出過ぎて困る。だから、コントロールし

会場：ちょっとすみません。さっき、表層水中のないといけないという問題があったと思うのです

リンの分布図がありましたね。先ほどの日射量もが、それとの絡みというか、それはどうなってくそうでしょうけれども、これは海洋の温度も影響るのでしょうか。

しないのですか。例えば北大西洋なんかだとメキ
シコ湾流があるから、暖かいから盛んに生物が生

多田先生：だんだん難しい質問が出るようになり産活動するとか。

ましたね。その富栄養化は大体、内湾で起こっていますよね。水深が浅くて、割に閉鎖的な海域で多田先生：そうですね。北大西洋高緯度域で表層起こっています。富栄養化は何が問題かというと、水中の栄養塩濃度があまり上がっていないのは、

プランクトンが繁殖すること自体が問題ではない

たぶんメキシコ湾流のせいもあると思います。

のです。繁殖することによって、先ほどちょっとお話した海水中の溶存酸素を使ってしまうのです。

会場：そうすると、やっぱり水温も影響するとい

外洋では水深も深いし陸もないので表層水は良くうふうに言えませんか。

混ざり合って酸素は十分に補給されるからそう簡
単にはなくならないのですが、例えば東京湾の様

多田先生：水温の影響はそう簡単ではないですね。

な狭くて浅い湾で、外洋との水の交換が限られて必ずしも低ければ生物が繁殖しないかというとそいるところでは、富栄養化が起こると海の底までういうことはないですね。基本的にはやっぱり日

酸素がなくなってしまう。そうすると、魚が死ん射量が効いていると思います。けれども、それ以でしまうわけです。だから、それが問題になりま

外に、特に鉄まき実験というのは南大洋と東赤道す。

太平洋で行われています。そして、ある程度の効
果が出ることが分かっています。ただ、先ほどの会場：ありがとうございます。もう一つ質問して生物ポンプと同じで、鉄をまくのを止めた途端にもよろしいですか。

CO2 が出てきてしまうと言われています。
だから、
多田先生：はい。

鉄をまく場合はまき続けないといけないということになります。
ここまでで何が言えるかというと、鉄仮説にし会場：単純なお話なのですけど、先ほどリンが多ろ、日射量にしろ、要するに表層水にある栄養塩

くなるのは、陸の木とかそういうとこから栄養分

が 100 パーセントは利用されていない事に着目しが供給されてくるというお話がありましたよね。
11例えば南極を見ると、あのとおり川とか木とかがね。炭酸塩ポンプにもプランクトンが関係するの全然ないはずなのに、非常にリンが豊富ですよね。

ですが、今度は Ca2+ + 2HCO3-

それはどういう理由なのでしょうか。

H2CO3 という式で表されます。
何の式かというと、→

CaCO3 +

カルシウムと、それから重炭酸イオンをくっつけ
多田先生：もちろん河口付近に栄養塩が多くて、て CaCO3－方解石ですが―要するに石灰を作る。

そこでプランクトンが繁殖することもよくあるの

これには石灰質の殻を持つ生物、特に石灰質の殻ですが、河川水は、結局は外洋水と混ざります。

を持つ小さなプランクトンの生産が拘わります。

だから、海流がよく流れるところではほぼ十分にそれが CaCO3 を作ると、海水中に炭酸を出します。

行きわたります。ただし、大洋の真ん中で海流のだから、この反応は CO2 を逆に生産していますね。

影響が無い部分、例えば亜熱帯ギヤと呼ばれる循

実はここで結構いろいろ誤解というか混乱がある

環流の内側は栄養塩がなかなか来ないところで海のですけれども、先ほど長いタイムスケールではの砂漠と言われますが、プランクトンが余り繁殖

化学風化で石灰岩として CO2 を固定したという

しない海域にあたります。

話をしましたよね。一方、ここでお示しした反応
では、石灰岩のもとになるものが沈殿すると、逆に CO2 が大気中に出ていってしまうのです。ここ

会場：南極はどこからですか。

が結構皆さんが混乱するところなのです。
多田先生：南極には、実は北大西洋で形成された先ほどの長い時間スケールの話というのは、大

深層水が大西洋を南下して流れてきます。この過気と海洋をまとめて一つの貯蔵庫と見做す話です

程で表層水から降ってくる有機物が深層水中で分よね。一方、ここでは大気と海洋の間のやりとり

解して、だんだん栄養塩が富んできます。そして、を扱っているということです。ともかく石灰質のそれが南極の周りで湧昇するのです。深層水中の殻を作ると、反応は大気に CO2 を出す方に働きま

栄養塩濃度は、沈み込むところで低く、循環過程

す。だから、例えばサンゴ礁を守らなければいけ

で次第に高くなって、やがて湧き上がるのです。

ないのはサンゴ礁が CO2 を固定するからだといそして、南大洋は湧き上がるところです。一方、う話は、実は成り立たないのです。サンゴ礁はほ

北大西洋の表層であまり栄養塩が余っていないと

とんど大気中の CO2 を固定しないのです。後でおいうのは、要するに栄養塩があまり入っていない

話ししますが、実は有機物を作る反応と石灰質のメキシコ湾流がここに来て沈み込んでいるからな

殻を沈殿させる反応で、CO2 は行って来いでバラのです。どうもありがとうございました。

ンスしてしまっているのです。だから、サンゴ礁をいくら育てても大気中の CO2 はあまり変わらないのです。これは、だからサンゴ礁はどうでも◇アルカリポンプいいという話ではないですよ。別の意味で重要ですから。
話を戻しますと、CaCO3 が海の底に落ちていくと、そのかなりの部分が堆積します。そして、一部は溶けます。なぜ溶けるかというと、先ほどの生物ポンプが働けば働くほど深層水中で有機物が酸化分解して深層水は酸性になっていくからです。
一方、表層で生産される CaCO3 が炭酸塩鉱物なので、それを作る反応を炭酸塩ポンプと言います。
その反応は Ca2+ + 2HCO3- →CaCO3 + H2CO3なので、炭酸塩ポンプというのは、働けば働くほ
ど CO2 を大気に出すポンプなのです。生物ポンプ【図１６】とは逆向きに動いている。

次はアルカリポンプです。その逆向き反応を炭

もうこの辺から頭が痛くなってくると思うので酸塩ポンプという事もあります。これはもう名前

すが、とどめを刺します。先ほど言いましたようからしてあまり分かりやすいポンプではないですに、CaCO3 が海の底に沈んでいく途中で CaCO3
12

こが一番分かっていないところでもあるのです。

が炭酸と反応して溶けます。

なぜかというと、過去の海の底の状態をわれわれ
CaCO3+H2CO3 → Ca2++２HCO3－が復元するときには石灰質の化石を使うのです。
石灰質の化石の中に入っている微量成分とか同位

これは要するに中和反応ですよね。生物ポンプで体を使って、過去の海の深層の状態を知るのです

たくさん CO2 が深層に送り込まれて酸性になっね。ところが、今問題にしているプロセスは石灰た環境を、石灰を溶かすことによって中和してい質の化石を溶かしてしまうので、証拠がなくなっるのです。これが狭義のアルカリポンプです。中てしまうのです。それで今でも分からないのです。

和すると何がいいかというと、生物ポンプによっ

ちょっと時間的に厳しいかもしれませんが、このて深層水に押し込められた CO2 に H2O を付けれ事については最後に時間があればお話しします。

ば炭酸ですので、要するに生物ポンプというのはここまでよろしいですか。

海の深層に炭酸を押し込めているのですが、その炭酸と反応して中和してしまう訳です。そうする

会場：すみません。さっき言った生物ポンプで深と、中和された深層水が湧昇しても今度は大気中

層水に押し込めた CO2 が、深層水が湧昇する際にに CO2 を出さないのです。そこがみそなのです。

大気中に出るのをそのアルカリポンプというものだから、海洋表層で CaCO3 を作って深層水へ送りが抑えているのですか。

込んでそこで溶かすと、溶け込んだ炭酸を中和するのでそれは大気には戻らない。要するに、CaCO3

多田先生：そうですね。生物ポンプというのは CO2を溶かすことによって海水中に CO2 を固定してを深層水中に一時的に押し込むのですが、深層水いるというか、大気に戻らない用意しているわけが湧昇して表層にもどるとまた大気中に戻ってしです。よろしいでしょうか。

まうのですね。だけども、深層水中で炭酸を中和

皆さん首をかしげておられますけれども、ここしてしまうと、CO2 が大気中に戻らないで済むとがたぶん一番難しい部分です。だまされたようないうことなのです。だから、そういう意味では、気分になるかもしれないですが、これがアルカリ生物ポンプとペアで働くと CO2 を元に戻さずにポンプです。要するに先ほどお話しした炭酸塩ポ

海洋中にためることができる、そういうプロセス

ンプと逆向きで、CaCO3 が溶けるというプロセスです。よろしいですか。

は、実は水の中に CO2 をそのまま残し大気に戻さないで済むプロセスなのです。よろしいですか。
みなさん首をかしげたままなので、あまりよろし
くないかな。だけれど、これ以上うまく説明するのは難しいですね。
会場：結局、炭酸塩ポンプの反応では、大気中にCO2 を出しているのですよね。
多田先生：海洋表層水中に出しており、それが大気に出ています。
会場：それでは、深層水中で起こっているアルカ【図１７】
それで、アルカリポンプの強さがなにで決まる

リポンプと合わせると結局バランスが取れてしまのかについて、ちょっと説明した方がいいと思いっているのでは？ そんなことはないですか？

ます。どなたか答えられる方はいらっしゃいますか。居られないようなので説明に入ります。

多田先生：そうです。この図では全部溶けるよう

アルカリポンプの強さというのは、先ほどのおに書いていますけれども、海の底で CaCO3 がどれ話で言えば海底でどれだけ CaCO3（石灰）が溶けだけ溶けるかでバランスするかしないかが決まる

るかで決まるわけですが、海底でどれだけ溶けるのです。そこが一番重要なところなのですが、そかというのは何で決まるのでしょう。
13

話を戻しますが、一つは、深層水でどれだけ有機

会場：水圧ですか。水圧は関係ないですか。

物が酸化分解して CO2 が放出されているか、要す
多田：水圧。確かに圧力依存性がありますから、るに生物ポンプがどのぐらい強いかという事が、それも正解なのですが、それが氷期―間氷期で変実はアルカリポンプの強さと関係しています。

化するかということなのです。確かに海水準が変そして、もう一つが水温ですね。先ほど圧力のわることによって海底の水圧は少し変わります。

お話がありましたけど、CaCO3 を溶かすには温度

CaCO3 の溶解度が水圧に依存することをご存じは低い方がいい、圧力は高い方がいい。圧力はさということはかなりこういうことに関係されていっき言ったようにあまり大きく変わらないのです

る方なのですか。

が、水温はそこそこ変わります。ですから、これが若干効いてきます。

会場：すみません。海底には炭酸以外に例えば硫

更に、そもそも CaCO3 が海底になければ始まら酸とか、いろいろ酸性よりにするようなマイナス

ないわけです。溶けるものがなければ始まらない。

イオン成分とかは、どんなふうになっているのででは、これを作るプランクトンがどうなっている

すか。

かというのが実は結構重要なのです。

多田先生：結構難しい質問になってきました。
会場：例えば、地中からかなり硫黄が出てきて、かなり昔の海底は硫酸的だったという事はないですか。だから深海の方が酸性になっているというのは、炭酸だけでなく、硫酸とか塩酸とかいろいろ酸の影響がありうるのではないでしょうか。そういう成分でいうと、どういうものが主体で酸性になっているのかなと思って。
多田先生：やっぱり炭酸ですね。硫酸イオン自体【図１９】は海水中にはかなりの量があるのですけれども、通常はナトリウムやマグネシウムイオンとバラン

この図（図１９）は、海に棲む代表的なプランク

スして安定なので反応しないのです。

トンの写真です。そして、左上の写真が珪藻といわれるどこにでも居る生物ですが、単細胞の植物

ただ、酸素が減ってくる環境になるとそこが変わってくるので、そういう意味では、先ほどからプランクトンです。これは SiO2(シリカ)の殻を持

何回か話題が出ている無酸素環境になると話が違ちます。そして、左下の写真はココリスと呼ばれってきます。それはかなり難しい問題ですね。

る、石灰質の植物プランクトンで、これも光合成をします。要するに光合成をするプランクトンには、シリカの殻を作るものと、石灰質の殻を作るものが居るのです。それから、中央および右側の
写真は、全部動物プランクトンです。放散虫と呼ばれるプランクトンはシリカの殻を作ります。一方、有孔虫と呼ばれるプランクトンは石灰質の殻を作ります。珪藻やココリスは一次生産者と呼ばれ、太陽エネルギーを有機物に変えるプロセスを担っています。動物プランクトンは基本的に一時生産者を食べて生きているので、最終的に深層水に落ちていくことで炭素循環の一翼を担っているわけです。そういうわけで、深海底にどれだけ CaCO3

【図１８】
14

しょうか。

を送り込めるかというのは、海の表層でシリカの殻を作るやつが幅を利かせているか、石灰質の殻

そうしてみると、先ほどのポンプの中で石灰質を作るやつが幅を利かせているかで違ってくるの

プランクトンとケイ質プランクトンの沈降する比です。

が炭酸塩ポンプの強さを制御していることになりますね。さっきも言いましたように、石灰質プラ
ンクトンの場合はここのプロセス（炭酸塩ポンプ）◇溶解ポンプと有機物を作るプロセス(生物ポンプ)がペアになっており、正味では海洋はほとんど CO2 を吸いません。一方で、珪質プランクトンの方は生物ポンプだけですから、より効率的に大気から海洋に
CO2 を送り込むことができるわけです。
ですから、どちらのプランクトンが幅をｚ利かせているかという事も大気中の CO2 をどれだけ効率的に海の中に押し込むかに効いているわけです。もし氷期に珪質プランクトンが幅を利かせて、間氷期に石灰質プランクトンが幅を利かせていれば、氷期―
間氷期での CO2 の変化を説明できるかもしれな
い。

【図２０】
3 つ目のポンプの話に入りますが、これについては、既に話が何度か出ています。この図(図２０)は横軸が水温で、縦軸が CO2 の溶解定数です。縦軸は溶解度とほとんど同じなのですが、図から明らかなように、温度が上がるほど CaCO3 は溶けにくくなり、冷たくなるほど良く溶けるようになります。これで 3 つのポンプの説明がやっと終わったわけです。
つまり海洋中へ CO2 を押し込むプロセスが全
部押さえられた。生物ポンプは CO2 を有機物の形にして深層水に送り込んで、そこで酸化分解して【図２１】

CO2 を放出させる。ただし、深層水に CO2 を放◇氷期に CO2 はどこにため込まれたか？

出するのですから、それが湧昇すると CO2 はまた大気に戻ってしまう。穴の開いたタイヤに空気をさて、氷期には 100ppm 分の炭素が海のどこか入れるようなものです。一方、アルカリポンプもに蓄えられていたわけですけれど、どこにどう貯

しくは炭酸塩ポンプというのは、CaCO3 を表層水

蔵されていたのでしょうか。この話をして、一応中で作り、深海底へと沈降させるのですよね。そ今日の話の一番重要な部分が終わるわけです。

の際に、大気中に CO2 を放出します。沈降したまず一つは、氷期に深層水温がだいたい 2～3

CaCO3 はそのまま埋まってしまうと大気中に度低下していたことが分かっています。これは溶CO2 を出したままでおしまいなのですが、深層水解ポンプが現在より強かった事を意味し、多めに見積もると大気中の CO2 を 20ppm ぐらいは下げ

中で CaCO3 が溶けると生物ポンプで一時的に送ることができます。ちょっと 20 というのは多めでり込んだ CO2 を大気に戻らないようにする役割を果たします。最後は溶解ポンプで、これは温度

せいぜい 10ppm という意見の方も多いのですけを下げることによって CO2 を余計に溶かし込ん

れども、多めに言う人は 20ppm ぐらいです。けれ
ど、100ppm から比べるとまだ 80 が残っています。

でより多くの CO2 を海洋に蓄えるというプロセスです。だから、温度が上がると、CO2 は海から

残りの 80 から 90ppm 分はもう生物ポンプとア

出てきてしまうのですよね。ここまでよろしいで

ルカリポンプを組み合わせて説明するしかないの
15

ですが、では本当に説明できるのでしょうか。例

そして、もう一つは、温度の低下も関わります

えば生物ポンプの効率を上げるには、一つは海によね。それから、深層水循環の様式が変わること

栄養塩をたくさん送り込めばいいと考えられます。

によって、海底にある CaCO3 を深層の中に溶かす、

例えば、氷期には海水準が下がるので、陸棚の堆要するにアルカリポンプが働いたのだという説も積物が侵食されて海洋にリンが供給されるのではあります。

ないかという説があります。しかし、こういう説

残念ながらこれらのどれが正解かという事は、の評価はすごく難しくて、今のところいいとも悪いまだに十分分かっていないのですが、先ほどのいとも言えないのです。

各プロセスの原理を理解した上で考えると、いく
つかのプロセスのコンビネーションが正解なのだ
ろうというのが現状です。
◇コンベアベルト：深層水循環
では、深層水循環の話を最後にさせていただきます。世界の深層水がどういうふうに循環しているかというのは、実はそう簡単には分からないのです。理論的にはずいぶん前から推定されていたのですが、その全容がはっきりしたのは、実は炭素 14 という放射性年代を測る元素のおかげなのです。炭素 14 は、宇宙線によって大気の上層で生成される放射性元素で、だいたい 5,000 年の半減期で炭素 13 に変わっていくのです。

【図２２】

それで、海洋の深層水に溶けている無機炭素のもう一つは、先ほど言った海洋におけるリンの年代を、炭素 14 を使って測ることが 70 年代に行利用効率を上げる方法が考えられます。例えば、われたのです。それによりどういうことが分かっ

鉄仮説があります。氷期の方が、砂ぼこりがたくたかというと、この図（図２３）では更に補正計

さん舞っていたことが知られていますが、そうい算をして本当の深層水の年代に変換していますが、う風成塵が陸から海に鉄（ミネラル）を運んで、それにより生物生産が活発化して効率的に表層水中に残っていた主要栄養塩を使ったという説です。
それから、レッドフィールド比というのを先ほど話しましたけれども、この比は経験的に一定だと言われていますが、過去もずっと一定であったという保証はないという話がありまして、これが変わればリン１元素あたりで固定できる炭素の元素数も変わるという人も居ます。ただし、それを言いだすと何でもありになってしまうので、あまり強く支持されてはいません。
あとは、先ほどちょっと言いました生産者の種類ですね。プランクトンの種類が氷期にはシリカ【図２３】の殻を持つやつが多くて、間氷期には石灰質の殻を持ったやつが多かったのではないかという説もそうすると、大気と隔絶してからの深層水の年齢あります。ただ、この説を証明するには、世界中がわかるのです。例えば大西洋北部が一番若いでの海底から試料を採って、分析して示さなければすよね。ほとんど０年です。そして、南に向かっいけないので、そう簡単ではないのです。だから、て徐々に深層水の年代が古くなっていますよね。

アイデアとしては結構ありそうな話なのだけど、これは、実は現在はグリーンランド沖で世界の深層水の 9 割ができているからなのです。あとの１

なかなか証明はできていないのです。

割は南極縁辺の大陸棚で形成されているのですけ16

れども、グリーンランド沖で形成された深層水が1,200 年ですよね。だから、北大西洋で形成され大西洋をずっと南下して、まず南極の周りに入った深層水が世界を一周するのに大体 1,200 年ぐらてきます。さらに太平洋を北上して、最後に北太いかかるのです。そして、その循環パターンを模

平洋で湧昇しています。インド洋でもその北部で式的に書いたものがコンベアベルトなのです。
では、氷期の話に戻ります。思い出していただ

湧昇していることがこれで見えてきたのですね。

きたいのですが、今は氷期と間氷期の CO2 の濃度の変化を説明しようと思っているわけですよね。

【図２４】
この図は新しい論文から取った図ですが、図の元となるデータはすでに 1980 年代に出ていました。

【図２５】

それで、ブロッガーという海洋化学の大家の人が、では、氷期の深層水循環はどうだったのでしょう

これをもとに、世界の深層水循環というのか。この図（図２５）は大西洋の例で、図の右側

はだいたい次の図（図２４）の様なコンベヤーベが北で左側が南ですけれども、現在の大西洋では、

ルト状になっているのだというコンベア・ベルト

さっき言ったようにグリーンランド沖で冷やされの概念を提案したのです。つまり、グリーンランて北大西洋深層水という深層水が出来て、それがド沖でメキシコ湾流が冷やされて、沈みこんでか南にずっと巡っているというパターンを示していら南下して南極の周りをまわって太平洋やインドます。一方、最終氷期はどうだったかというと、洋を北上し、最後にそれらの北縁で湧昇するのだ。

実は南極でできた深層水（南極底層水）が北太平

そして、大局的には、本当に図の様な流れがある

洋深層水より深いところにたまっていたのです。

わけではないのですが、北太平洋で表層水となっそして、グリーンランド沖でできた北大西洋深層てから太平洋を南下し、インドネシアを通ってイ

水は、底層まで行かないで中層でたなびいてしまンド洋を経て大西洋に戻って一周するのだと説明っていたのです。

したのです。
そして、表層水が沈み込む駆動力というのは、北大西洋や南極海周辺では冷えること。それから北大西洋に流れてゆくメキシコ湾流は、実は赤道域での蒸発により塩分が高くなっているのです。
海水を重くするには、冷やすか、塩辛くするかが有効なのですが、現在のシステムでは赤道域で若干塩辛くして、グリーンランド沖で冷やして重くしているということなのです。こうして駆動される海洋循環は熱塩循環と呼ばれるのですが、それによってコンベヤーベルトが回っているのです。
先ほどのところで言うのを忘れましたが、図２３【図２６】を見ると、北太平洋のあたりの深層水の年齢が17そして、実は太平洋も似たようなパターンらしかしかし、証拠を必死に探すとどこかから出てくったというのが分かってきており、それを模式的るもので、この説を支持する証拠が徐々に出てきに書くと図２６のようになります。図は右から太ました。そのうちの一つがこれです。

平洋、南極海、大西洋なのですが、現在はグリー

この図（図２７）は最終氷期の北太平洋の 3600m

ンランド沖で沈み込んだ深層水が大西洋を南下しあたりの深層水の年齢の時代変化を示していますて、南極海に入って、今度は太平洋を北上し、太が、たまたま化石が残っていて、それの炭素 14

平洋北部で上がってきています。ところが、最終年代を調べたのです。すると、だいたい１万 5,000

氷期にはどうも大西洋の北大西洋深層水の循環も

年 前以前は 3,600 メート ルの深層 水の年齢 が浅く、弱くなっていて、また、現在は存在しない

1,750 年ぐらいあったのですが、氷期から間氷期のですが、氷期の北太平洋には、もう１個深層水に変わる時期に、900 年まで一気に若返っている

循環の歯車があったらしいのです。ただし、一番ことが分かりました。要するに氷期には 3,600m

大きい循環は南極海で沈み込んで、太平洋、大西よりも深いところにもっと古い水があったのだろ

洋の一番深い部分を満たしていたのだろうと推定

うということが分かったわけです。それが間氷期されています。

になって深層水循環のパターンに変わることによ

どういうことかというと、現在は 1,200 年ぐらって表面に出てきたのではないかという訳です。

いで一周するコンベヤーがあるのですが、氷期にはたぶん南極起源の深層水循環がずっと長い時間をかけて深いところをゆっくり回っていた。そして、その上の北起源の循環は速いスピードで回っていたという事らしいのです。だから、世界の海
洋のたぶん 3,000 メートルよりも浅いところは割によく酸素が行きわたっていたのだけど、深いところは結構よどんでいて、100ppm 分の CO2 のう
ちのいくらかがたまっていたのではないかと考えられているのです。この説はコンベヤーベルトを提唱したブロッカーさんが言っているのですが、これについては実は十分な証拠がないのです。化

【図２８】石がみんな溶けてしまっていて、分からないのです。それで、ブロッカーさんが、きっとあるに違さらにもう一つの証拠が、この最後の図(２８)いないのだけれど、どうしても見つからない、何ですが、かなり難しい図なのです。この図はうちとか見つけたいということで、もう 80 を過ぎた方の学生もすぐには理解できない図なのですが、実なのですが、この問題に集中して多くの論文を書は重要な図なのです。まず図の黒い点が二酸化炭

かれています。

素の濃度変化です。図の横軸が年代で、２万 2,000年前から 8,000 年前までです。次にこの赤丸が何かというと、これは、∆14Ｃと書いてありますが、簡単に言うと、水深が 705 メートルのところでの海水の年齢です。それから、一番上の青と緑の線
は大気の中の 14Ｃの濃度です。実は大気中の 14Ｃ濃度というのは、一つは宇宙線でどれだけ 14Ｃが作られるかに影響を受けるのですが、もう一つ重要なのが、どれだけ 14Ｃを持っていない古い深層水が湧昇して CO2 が大気へ吐き出されるかという事によるのです。
それで、14Ｃの濃度が 18000 年前から 14000 年前にかけてぐっと下がりますよね。これが何を意味するかというと、古い深層水が表層に湧昇して

【図２７】
18

きて、大気中に 14Ｃを持っていない CO2 を放出したということを意味します。100 パーセントではないのですが、その可能性が高い。H１と呼ばれる時期と YD と呼ばれる時期でぐっと下がっているのですが、一方、705 メートルの水深での深層水の年齢が同じ時期にぐっと古くなっています。
ということは、これら２つの時期に古い深層水が中層まで上がってきているということなのです。
中層だけではなくて、おそらく表面まで上がり、大気中に CO2 を出しているらしいのです。
これを CO2 濃度と比較すると、これら２つの時期には大気中の CO2 濃度が特に上がっています。

【図２９】

そして、その時期に対応して、古い深層水が中層まで上がってきており、大気の中の 14Ｃ濃度が急◇質疑応答に減っています。これらは間接証拠だけれど、何

会場：先ほど、環境への影響として CO2 の大気中重にも可能性を狭めています。そして深層水中にの濃度も大変大切なのだけれども、その上昇する

生物ポンプで御し込められていた CO2 が、まだア

スピードが非常に問題だというお話だったかと思

ルカリポンプで打ち消されていない部分が残ってうのですが。アル・ゴアが最後の階段をよじ登っいて、それが深層水循環のパターンが変わったこて指し示したようなあの短期間でどんどんどんどとによって海洋表層そして大気にまで出てきたとん増えていくことによって、今お話しいただいた

いうことなのです。その量というのは、２つのス

CO2 のポンプの世界にどの様な影響を及ぼすもの

テップでの上昇分が 70ppm ぐらいなので、大部分なのでしょうか。

が説明できたということになるのです。ということで、今のところはこれが一番有力な証拠なので多田先生：そうですね。ポンプの方は、例えば温すが、おそらく生物ポンプで 70ppm ぐらい、それ暖化すれば溶解ポンプは弱くなるから、余計に海から、溶解ポンプで 10 から 20ppm ぐらい説明では CO2 を吸わなくなりますよね。これはポジティ

きるのではないかと考えられます。そうすると

ブフィードバックというのですけれども、人間に100ppm の変化の大部分が説明できたということ

とっては全然ポジティブではなくてネガティブなになるわけです。

のだけども、余計に状況を悪くすると思われます。

ということで、今日のまとめをします。１つ目

それから、炭酸ポンプについては、おそらくどは、氷期‐間氷期サイクルに伴って 100ppm に及んどん海の浅いところまで CaCO3 を溶かすよう

ぶ CO2 の濃度変動が起こっていたということ。そになりつつ働くと思うのですが、それに関係してれから２つ目は、こうした数万年以下というタイ問題になるのが海洋酸性化です。例えば白亜紀とムスケールでの CO2 の濃度変動というのは、生物呼ばれる今から１億年近く前は、大気中の CO2 の圏の影響もありますが、基本的には大気と海洋のレベルは現在の５倍以上あったといわれています。

中での炭素のやりとりで引き起こされたというこ

そういう意味ではわれわれの近未来みたいなものとです。それから 3 番目は、海洋に炭素を押し込なのですが、その時代にも生物はちゃんと生きてめるメカニズムとして、生物ポンプ、アルカリポ

いました。それは長い時間をかけて CO2 濃度が上

ンプ、溶解ポンプの 3 つがあるということです。

がっているから、海洋酸性化は起こっていないの

そして４番目は、これらのポンプの強さの変化はです。要するに、長い時間の間にちゃんとうまくグローバルな深層水循環の変化と深く関係してい中和反応が起こっているからです。

るらしいということです。ということで、今日はこれに対して、人類が今やっている事に起因す

これでおしまいです。ありがとうございました。

る CO2 濃度増加のスピードはあまりに速いから中和できなくて、どんどん海洋酸性化が起こっているのです。既に、徐々に顕在化していますけれ
ども、たぶんこれから影響がどんどん大きくなっ19

てくると思います。酸性化が起こると、もちろん司会者：かなり難しいところだと思います。市販

われわれの食べ物にも影響するけれども、要するの本で見ますと、ここら辺はあまり丁寧に書いてに生物がどんどん絶滅していくわけです。貝の殻いないようですね。

がなくなったらどうなるかという問題につながるわけです。カタツムリの殻を溶かしたらナメクジ

多田先生：そうです。私自身も理解するのにずいになって生き延びるかというと、そうはならない

ぶんかかったし、アルカリポンプが一番難しいののです。そういう問題が起こるということです。

ですよ。自分で苦労したから、それでも分かりやすく話していると思うのですが、やはり一回で分かってもらうのは、なかなか難しいですね。あと、司会者：はい。もう一人手を挙げられている方。

大きな誤解は、サンゴの例で話ましたけれども、会場：すみません。アルカリポンプのところがや多くの方は長いタイムスケールでのプロセスと、

はりちょっとよく分からなかったのですが、単純

短いスケールのプロセスをごちゃ混ぜにしていまに示された式を見ますと、表層の方で二酸化炭素す。要するにそういう情報がタイムスケールのこを一つ出して、深層に入って二酸化炭素が出るのとを言わないで一緒に流れているのです。そうすを一つ抑えるというふうに見えたのです。そうす

ると、石灰岩を堆積する、もしくはサンゴをたくると、このサイクルはいくら回っても最終的にはさん作れば CO2 は固定されるのだと思う方が増二酸化炭素の量は変わらなくて、あとはそのタイえてしまうということですね。

ムラグで、一回先に炭素を出した後に二回目の反
司会者：他に質問は。どうぞ。

応が起きるまでに時間がかかるとすると、その分サイクルが回ると二酸化炭素が多くなるように見えたのですけれども、この考えで合っていますか。

会場：今までは物理的な話でそれも好きなのです

多田：そうですね。合っていると思います。表層

けれども、私は実は化学屋なのです。今日のコメで結局アルカリポンプが何をしているかというと、ントみたいな質問になります。最後の部分で、おもし CaCO3 が溶けなければ、表層で CaCO3 を作話を聞いていて現象的には分かったのですが、まって CO2 を１つ出すのですが、同時に生物ポンプ

すます謎が深まったなと。だから、もっと知りたが有機物を作って CO2 を一つ消費し、それでバラいと思っています。何かというと、深層水の流れ

ンスしているわけですね。だけども、深層水中でが変わったということは分かったのですが、そのアルカリポンプが働くと、表層水で CaCO3 の殻をきっかけになった何かイベントがあって、それが作って CO2 を吐き出したという事実が消えるの引き金になってその小さな現象が、ポジティブフです。だから、生物ポンプだけが働く。石灰質なィードバックが起こって大きくなったのですよね。

殻をつくる炭酸塩ポンプとアルカリポンプが一緒

そのイベントが何かというのは、たぶん分からなになって働くと相互に打ち消しあって実質の影響いのでしょうけど、その辺がなんだろうなというが無くなるということです。この説明でよろしいのが非常にモヤモヤとしているというところなの

ですか。

ですが。

会場：はい。

多田先生：それが次回のテーマなのです。そう言うと、アンケートで「次回のことばかり言って先

多田先生：だから、アルカリポンプ自体では、実延ばしにする」というコメントもあったのですけ

はどっちかというと人の借金を帳消しにしているど。今の答えに簡単に答えますと、氷床が溶けるような働きで、消極的な役割になると思います。

という現象が、北大西洋の深層水ができるところ

でも、例えばアルカリポンプがなくて光合成をすに塩分の低い水を供給するのです。そうすると、る生物が全部石灰質な殻を作ったら、生物ポンプ

さっきお話しましたように塩分が低いと密度が低は働かないわけです。そういうことです。

いので、沈まなくなるのです。それで、氷期のような深層水循環パターンが生まれると考えられています。

会場：ありがとうございます。
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うだといわれると、まだなかなかそこまでは言え

会場：はい。次回を期待しております。

ないというのが現状なのです。
多田先生：はい。次回はそのメカニズム自体とい以上うよりは、それによってどういう気候変動が起こっているか、どういう周期で起こっているかとかそういう話になります。急激な気候変動と深層水循環がどうリンクしているかという、そういう話を次回にしたいと思っています。
司会者：他にご質問はございませんでしょうか。
会場：すみません。すごい勘違いの質問かもしれないのですけど、氷期に 100ppm の CO2 が海洋の方にどうやってため込まれていたのかというお話のときに、いくつか理由を挙げられて、氷期で寒かったからこうだったのではないかというようなことが大変多かったと思うのです。ニワトリと卵じゃないですけど、100ppmCO2 が少なかったから温室化効果がなくて氷期になったというわけではないのでしょうか。
多田先生：それはニワトリと卵に近いのですけれ
ども、いわゆるフィードバックですよね。だから、CO2 がちょっと下がると少し寒くなる。それによって、またさらにたくさん CO2 を海が吸い込む。
そういうフィードバックプロセスで氷期‐間氷期という変化が増幅されているということなのです。
だから、CO2 がまずどういう格好で入っていっているのかが分からないと、そのフィードバックプ
ロセスも解決しないのです。
それで、今日お話しした話にしても、まだ私の解釈に反対する人は居ると思うのです。ただ、昔は海のどこにどうやって入っているかはまったく分からなかったのが、このごろやっと間接的だけどたぶんこうだろうというのが見えてきたのです。
それが見えてくると、今度はそのタイミングが例
えば気温の上昇とかのタイミングとどういう関係にあるのかという事が検証できるようになる訳です。そうすると、例えば氷床が少し溶けることによって淡水が北大西洋に供給され、そうすると海
洋循環がちょっと変わって、CO2 が出てくるらしい。そういう連鎖反応がどんどん起こって小さな変化を増幅することによって氷期‐間氷期が生まれているのだと私は考えているし、他の多くの研究者もたぶん似たイメージを持っていると思います。ただ、具体的にその一つ一つのプロセスがど
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