私は海中を浮遊する粒子状物質の研究をしています。海の粒子には数十メートルのクジ

図2 1990年代における地球上のCO2循環過程

ラから魚やプランクトンまで、さまざまなものが含まれますが、私の研究対象は直径

存在量は炭素換算でギガトン（もしくは10億トン）。フラックスや速度は年間あたりのギガトン。黒字は産業革命以前の自然のCO2存在量と循環速度で赤字は産業革命以降の人類活動の影響を受けたCO2存在量の増減と循環速度。

1cmにも満たない海中の浮遊物「マリンスノー」とよばれるものです。近年、この小さな粒子が地球温暖化、とりわけ二酸化炭素の吸収に関して非常に大きな役割を果たしていることが分かってきました。世界中の海洋学者が、この小さな「二酸化炭素の運び屋」の役割に注目しています。今日はその研究について、お話ししたいと思います。

変化速度は、氷期における変化速度の約500倍に相当します。さらに、人類が今後どの程度CO2を放出していくのかも不明であり、大気CO2濃度と地球気温変化の正確な予想は困難なものとなっています。
海洋の深層水大循環を「ベルトコンベア」にたとえたことで知られる、アメリカの地球科学者ブロッカー博士は「人類は地球規模の実験をしている」と現状を皮肉っています。

海に降る雪

マリンスノー

二酸化炭素の運び屋とその追跡方法（2009年10月17日 第102回地球情報館公開セミナーより）

海に降る雪、マリンスノーの正体

海が吸収するCO2量は人間が排出する量の約10倍（IPCC AR4, 2007。Sarmiento and Gruber, 2006の図をもとに作成）

人間活動によるCO2の排出量は、1990年代の平均値で64億トン（炭素換算）。うち（気候変動に関する政府間パネル）は、地素のように同じ原子が結合したものは素32億トンは大気に残存し、残りの22億トン

球の気温は20世紀の100年間で平均0.7℃通りしますが、CO2やメタンなどの温室効は海洋、10億トンは森林が吸収していると上昇し、2100年までに1.5〜4℃上昇する

果ガスには吸収されて温度を上昇させままとめられました（図2）。ただし海洋と森かもしれないと発表しています。

す。ただし、地球に温室効果ガスがまっ林の吸収量の見積もりには50％近い誤差

気温が上がれば海水温も上昇します。

たくなかったら気温は−18℃まで下がるとが含まれているため、その数値をより正確

その構成成分は海域によっても異なりこれまでの研究によると、過去50年で表いう試算もあります。温室効果ガスは絶にするために私たちは炭素循環の仕組み

潜水船やスキューバダイビングで海に潜ますが、主成分は大きく 4 つからなります。

層から水深3,000mまでの海水温度は平均

妙なバランスで大気を適温に保ってきたを研究しているのです。

ると、地上に降る雪のように上から降って生物起源である有機物、炭酸カルシウム、で約0.037℃上昇したと報告されていまのです。

くる白いものに気づくはずです。これはマ生物起源のケイ酸塩（オパール）、そしてす。数字としてはわずかですが、それだ

また、南極の氷に含まれる太古の大気。
く2つあります。ひとつは「溶解ポンプ」

リンスノーとよばれるもので、命名したの陸上由来の粘土鉱物です。主成分である

けの量の海水を0.037℃温めるのに必要なの解析などから、地球は過去40万年間にこれは、大気中のCO2が海表面から海水は日本の科学者です。1951年、海洋研究

生物の死骸や排泄物は、いずれも植物プ

熱量は、気温をなんと35℃（！）
も上げる

10 万年周期で 4回の氷期を経験し、そのに溶けて、海水の循環によって深海まで開発機構（JAMSTEC）の有人潜水調査船

ランクトンが二酸化炭素（CO 2 ）を使って熱量に相当します。つまり、海のおかげたびに気温が低下（南極で約 10℃）し、そ運ばれる仕組みです。そして、もうひとCO2が海洋に吸収される仕組みは大き｢しんかい6500｣ができる前、北海道大学生産した有機物（炭素化合物）や、それで気温の上昇は抑えられているのです。

れに同調してCO 2 濃度も低下（最寒期につが「生物ポンプ」です。

海洋工学センター
先端技術研究プログラム 基盤技術研究グループ 技術研究主幹

が中心となって開発した｢くろしお号｣といを食べた動物プランクトンの残骸です。そ一方、水温の上昇は海水を膨張させ、海は約80ppm）したことが明らかとなってき「生物ポンプ」は、海洋表層で植物プラう潜水艇に乗船した研究者が名付けたのして、このマリンスノーは海洋生物の貴重面上昇を引き起こしています。
このように、ました。このようにCO2は人為的な原因以ンクトンの光合成によって吸収された

本多 牧生です。同大学の雪氷学者、中谷宇吉郎教なエサとなる一方で、地球温暖化の原因地球温暖化に伴う極地の氷の減少、サン外でも増減するため「現在のCO 2 濃度のCO2が、海洋の食物連鎖を経てマリンス授の研究にあやかったともいわれます。といわれる大気中のCO2の制御に大いにゴの白化、海面の上昇、異常気象の増加増加を気にする必要はない」という意見ノーとなって輸送される仕組みです。植物

以来、マリンスノーという言葉は世界中でかかわっているのです。などさまざまな地球環境の変化と人類へもあります。しかし、現在の大気中CO2濃プランクトンが光合成によって1年間に吸収の影響が心配されているのです。

度は、少なくとも過去数百万年の間は地するCO2量は約500億トンと見積もられ、人球が経験したことのない高濃度で、その間が出すCO2量のほぼ10倍になります。そほんだ・まきお。1961年、大阪府生まれ。北海道大学水産学部卒業後、同大学院水産化学研究科修士課程を修了し、1986年、海洋研究開発機構に入所。
1992年より1994年まで米ウッズホール海洋研究所の駐在員兼在外研究員。2009年より現職。専門は化学海洋学。自動試料採集装置やセンサーを海中に設置し北西部北太平洋の生物活動による二酸化炭素吸収能力の観測研究に従事。博士（地球環境科学）。

用いられるようになりました。
マリンスノーは、植物プランクトンや地球温暖化で海洋の果たす役割CO2急増の解明が温暖化を解く鍵

動物プランクトンなどの生物の死骸や排マリンスノーのお話をする前に、地球泄物、陸上からの土砂などが集まった、温暖化問題について整理しておきます。

地球温暖化の主な原因は大気中のCO2ちょうど五目ご飯でつくったおにぎりのよ

地球の気温は、18世紀に起きた産業革の増加だといわれています。大気中CO 2命以降、急激に上昇しています。IPCC濃度の、精度の高い観測がハワイ島で始うな固まりです（図1）。

まった1958年から現在までの変化を見る
図1 マリンスノー
マリンスノーの顕微鏡写真と、1年間に平均約1.5ppmという急激な速さで増加し、産業革命前に約280ppmだ った 大 気 中 の C O 2 濃 度 は 現 在 で は380ppmを超えています。これを地球の気温上昇のグラフと重ねてみると非常によく一致します。
では、CO 2 が増えるとなぜ気温が上昇するのでしょうか。地球には常に太陽放射が降り注いでいます。これは大気を通（Honjo, 1997、ウッズホール海洋研究所発行「OCEANUS」フォトギャラリーより引用）

28（Takahashi et al., 2002）ってまず地表を温め、次に赤外線となっ

図3 「生物ポンプ」による海水中CO2濃度の低下量て宇宙に帰ります。赤外線は、酸素や窒北西部北太平洋（赤丸）では、「生物ポンプ」の活動が活発な海域であることが分かる。

29

のうち390億トンは分解されて大気に戻る

季節変動で見ると、たとえば北西部北という装置を使って観測研究を行っていので、残りの110億トンがマリンスノーとし太平洋では、冬はたくさんのCO2をもつ亜ます（図4）。セジメントトラップは海洋のて表層（約100m）から海洋内部に運ばれ表層から海水が湧昇するため、CO 2 の放CO2研究の代表的な観測機器です。横かている計算です（図2）。しかし、海底に落出域になります。春になると植物プラン

ら見ると円 錐 状の大きな漏 斗 のような形

ちる途中で食べられたり分解されたりしクトンが増殖して「生物ポンプ」が活発にで、この上部からマリンスノーが入り、下て、水深1,000mまで到達できるマリンスノ働くため、晩春から初秋にかけて今度はの防腐剤入りの捕集カップに溜まります。

ーは全海洋平均でわずか1％、海底に堆積CO 2 の吸収域になります。そして秋になカップは回転板に 21 本装着され、あらかするのはたった0.1％にすぎません。ただると表層の海水温が低下し亜表層の海水じめセットされた時間に自動的に回転・交し、マリンスノーの分解速度は、その成分の湧昇が始まるため、再び翌春までCO 2換して、各季節のマリンスノーを時系列でや季節、海域などに左右されます。分解の放出域になるのです。この海域はCO 2捕集することができます。これを深さごとされたマリンスノーは海水に溶け、再び表濃度の季節変動の解析から「生物ポンプ」に海底から立ち上げたワイヤーロープに層へ浮上して植物プランクトンの栄養分とが世界で最も活動している海域であるこ取り付けて、ほぼ1年間設置して回収し、なります。とが分かっています（図3）。

分析するのです。この装置で調査したマ

えん すい

ろう と

図7 海洋の炭素循環に大きくかかわる珪藻と円石藻
写真提供：ウッズホール海洋研究所 本庄丕名誉教授

このように、地域や季節による変動のリンスノー中の有機炭素と、水中光測定

海域や季節によっても異なる詳細を解明するためには、地球規模で季システムで推定した植物プランクトンの光

海のCO2 輸送システム

節を通した海洋調査が必要となります。

合成の量（基礎生産力）の季節変動を見

図6 栄養塩の季節変動
2005年3月〜2006年6月に自動採水装置で観測された海水中栄養塩（硝酸＋亜硝酸、ケイ酸濃度）の季節変動を示す。この自動採水が成功するまで数年を要したが、外洋域における1年半の定期的な海水採集の世界初の観測となった。

ここで気をつけなければいけないの調査で取得したデータは、スーパーコン

ると、 6 月末から急増しています（図5）。

は、大気と海洋のCO2交換量には海域差ピュータのシミュレーションなどにも反映

また、各水深で計測した有機炭素量が時や季節変動、年変動があるということです。

され、地球環境変動の再現や将来予測の間差をもって増加していること、マリンス研究に役立てられるのです。

ノーが水深約5,000mに到達するのに、約1を設置してマリンスノーのもととなる栄養果を見る限り、CO 2の吸収においては円海域で見ると、北大西洋や南極はCO2を吸収する海域です。これらの高緯度海カ月半かかることなどが分かり、「生物ポ塩濃度の季節変動も観測しました。自動石藻より珪藻の方が効率的だと考えられ域は水温が低いのでCO 2 が溶けやすく、マリンスノーを計測するンプ」の働きを、まるごと同時に観測で採水が成功するまで数年かかりましたが、ます。しかし、多くの欧米の研究者は、オさらに冷たく重くなった海水が深海に沈「生物ポンプ」の季節変動データを得る

きた世界でも希有な観測結果となりまし

努力の甲斐あって、外洋域で1年半、4〜パールより高密度な炭酸カルシウムの殻み込んで深層水を形成するため「溶解ポために、私は北西部北太平洋でマリンスた。

8日ごとの海水採集に世界で初めて成功しをもつ円石藻の方が、深海へ有機炭素をンプ」が活発に働きます。一方、赤道付ノーを自動的に集めるセジメントトラップました。観測の結果、栄養塩濃度は春か運ぶ錘（バラスト）としての働きが大きいと考えており、議論となっています。

図8 ビジュアルプランクトンレコーダー
写真提供：JAMSTEC Lindsay博士

おもり

一方、海洋の表層付近に自動採水装置

近はCO 2 の放出海域です。赤道域ではら秋に減少し、秋から翌春に増加するとCO 2をたっぷり含んだ冷たい中層（亜表分かりました（図6）。春から秋は植物プ層）の海水が湧昇し、表層で温められてランクトンが非常に増えて栄養塩が消費さ成層化、酸性化が進行中で、それが栄養ダー「VPR」はクラゲなど中深層に生息CO2を放出します。しかし、この海域をれ、秋から翌春は海洋表層が冷やされて塩の供給や円石藻の繁殖に大きな変化をする深海生物の観測機器ですが、使って物追跡調査ロボットシステム「PICASSO

いずれにしても、現在、海洋の温暖化、 （ピカソ）」やビジュアルプランクトンレコー

かく らん

年変動で見ると、エルニーニョの発生年海が撹乱され、亜表層から表層に栄養塩もたらす可能性も指摘されています。でみたらマリンスノーの映像が圧倒的に多には海水の湧昇が抑えられるため、CO2が供給されたためと推定できます。このすから、海洋の変化が植物プランクトンのく撮れました（図8）。そこで、その映像デの放出量が低下します。

栄養塩濃度の変化は同時期（ 6 月下旬か

種組成をどのように変化させ、海の「生物ータの解析を始めたのです。現在は粒子ら 7 月上旬）のマリンスノーの増加とほぼポンプ」がどのように変わるのかを観測研の数、形状、大きさが解析されています

同調しています。

究することが今後の課題といえるでしょう。

が、改良を重ねてマリンスノーの微妙な同じ植物でも役割が異なるマリンスノーを 採る から 撮る へーの種類まで判別できると考えています。

今後の課題として、マリンスノーをセジ

1回の潜航で何十万枚もの画像データが海洋のCO2循環を考える上で重要な植メントトラップで捕集することなく、現場で撮れるので、新しい発見が得られるので物プランクトンは珪藻と円石藻です（図その量や質、分布状況を観測する手法のはないかと期待しています。

7）。どちらも光合成でCO2を吸収します。

導入も検討しています。たとえば、数年このように、地球の気候システムには海また、珪藻はガラス質のケイ酸塩の殻（オ間、定期的かつ自動的に海中を上下して洋が大きな働きをしており、そこにはほんパール）をつくります。珪藻は円石藻より水温、塩分、酸素などを測定するアルゴの数ミリの小さなプランクトンたちの営みも大きく、分泌する粘液でプランクトンの※ に、プランクトンやマリンスノーも反映されています。地球温暖化という色が解析できるようになれば、マリンスノ
けいそう

えんせきそう珪藻と円石藻フロート

だく ど けい図5 植物プランクトンの基礎生産力の季節変動の観測結果

図4 セジメントトラップとマリンスノー
セジメントトラップ（上）。電源、コンピュータ内蔵のケースは耐圧6,000ｍ。下の写真は1999年5月〜2000年5月まで時系列的に捕集されたマリンスノー。

30(a) セジメントトラップ（ST）、水中光測定システム（BLOOMS）、自動採水装置（RAS）を搭載した係留系(b) 2005年3月〜2006年7月における基礎生産力と、水深150m、540m（一部300m）、1,000m、4,810mにおけるマリンスノー（有機炭素）の季節変動。（Honda et al., 2009をもとに作成）
2005年3月に観測を開始。最初は低かった基礎生産力が6月下旬〜7月上旬にかけて急増し、10月頃に若干増加し冬に再度低下。翌年より徐々に増加し6月、7月に再び増加している。また、基礎生産力の増加に呼応して、水深150m、540m、1,000m、4,810mの各地点で有機炭素量が時間差で増加する様子が観測された。このことから、海洋表層で固定されたCO2は、海流に左右されることなく海洋深層へ鉛直的に輸送されていることが明らかになった。

死骸などを絡め取って大粒のマリンスノの量を推定できる濁度計を搭載して季節壮大なスケールの難問も、極小の世界のーとなり、比較的速い速度で沈んでいき変動を観測します。北大西洋ではすでに研究を積み重ねることで明らかになってます。一方、円石藻は炭酸カルシウムの同様の試みが行われていますので、これいくのです。

殻をつくりますが、そのときにCO 2もつくをぜひ北太平洋でも試してみたいのです。って海水中のCO 2 濃度を高めます。そのさらに、マリンスノーを写真撮影して画結果、せっかく光合成をしてもCO 2吸収像を解析し、その鉛直分布や季節変動な効率を下げてしまいます。セジメントトラ

どを明らかにしようという新たな試みもップによる北西西部太平洋域での観測結あります。JAMSTECが開発した深海生※アルゴフロート…世界中の海の水温・塩分・酸素・栄養塩などの計測を自動的に行う国際科学プロジェクト「ARGO（アルゴ）計画」で使用されている観測ブイ。計画にはわが国も参加し、JAMSTECが観測を実施している。現在、世界中の海洋に3,000個のブイが投入されている。

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