Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
第8 安心できる年金制度の確立

項目	担当部局課室名
1 持続可能で安心できる年金制度の運営	年金局総務課（内3646）
2 日本年金機構による公的年金業務の着実な実施	年金局事業管理課（内3645）
3 正確な年金記録の管理と年金記録の訂正手続の着実な実施	年金局事業企画課（内3656）年金局事業管理課年金記録審査室（内3611）

第9 施策横断的な課題への対応

項目	担当部局課室名
1 国際問題への対応
(1) 国際機関を通じた国際協力の推進
① 世界保健機関(WHO)などを通じた国際協力の推進	大臣官房国際課(内7285)
② 国際労働機関(ILO)などを通じた国際協力の推進	大臣官房国際課(内7285)
(2) 国際保健政策人材養成の推進	大臣官房国際課(内7285)
(3) 高齢化対策に関する国際貢献の推進	大臣官房国際課(内7285)
(4) 経済連携協定などの円滑な実施	医政局看護課(内4175)
職業安定局派遣・有期労働対策部外国人雇用対策課(内5643)
(5) 薬事規制の主導的な国際調和の推進
① 革新的医療機器・再生医療等製品に関する日本発の有効性・安全性の評価方法の確立及び国際標準獲得推進	医薬・生活衛生局医療機器審査管理課(内2789)
② 「薬事規制当局サミット」の議長国としての開催	医薬・生活衛生局医薬品審査管理課(内4234)
③ アジア、新興国での薬事規制調和の促進	医薬・生活衛生局医薬品審査管理課(内4234)
2 科学技術の振興	大臣官房厚生科学課(内3809)
3 社会保障に係る国民の理解の推進、国民の利便性向上等の取組等
(1) 情報セキュリティ対策	政策統括官付サイバーセキュリティ担当参事官室(内7406)
(2) 社会保障教育の推進	政策統括官付社会保障担当参事官室(内7699)
Ⅳ 主要事項（復旧・復興関連）の担当部局課室一覧

第１　東日本大震災や熊本地震からの復旧・復興への支援

項目	担当部局課室名
(被災者・被災施設の支援)
○被災地心のケア支援体制の整備	障害保健福祉部精神・障害保健課(内3059)
○障害福祉サービスの再構築支援	障害保健福祉部障害福祉課(内3091)
○被災地における福祉・介護人材確保対策	社会・援護局福祉基盤課福祉人材確保対策室(内2849)
○医療・介護・障害福祉制度における財政支援
①避難指示区域等での医療保険制度の特別措置	保険局総務課(内3214)
保険局保険課(内3152)
保険局国民健康保険課(内3256)
保険局高齢者医療課(内3238)
保険局医療介護連携政策課データヘルス・医療費適正化対策推進室(内3180)
②避難指示区域等での介護保険制度の特別措置	老健局介護保険計画課(内2264)
③避難指示区域等での障害福祉制度の特別措置	障害保健福祉部障害福祉課(内3091)
○被災地域における地域医療の再生支援	医政局地域医療計画課(内2560)
○被災した各種施設等の災害復旧に対する支援
①児童福祉施設等の災害復旧に対する支援	雇用均等・児童家庭局総務課(内7830)
②介護施設等の災害復旧に対する支援	老健局高齢者支援課(内3928)
老健局振興課(内3983)
③障害福祉サービス事業所等の災害復旧に対する支援	障害保健福祉部障害福祉課(内3035)
④保健衛生施設等の災害復旧に対する支援	健康局総務課指導調査室(内2322)
⑤水道施設の災害復旧に対する支援	生活衛生・食品安全部水道課(内4026・4027)
○被災者支援総合交付金(復興庁所管)による支援
①被災した子どもに対する支援	雇用均等・児童家庭局総務課(内7830)
②被災者への見守り・相談支援	社会・援護局地域福祉課(内2859)
③介護等のサポート拠点に対する支援	老健局振興課(内3935)
④被災地の健康支援活動に対する支援	健康局健康課地域保健室(内2398)
○熊本地震の被災者に対する見守り・相談支援等の推進	社会・援護局地域福祉課(内2859)
(雇用の確保など)
○原子力災害の影響を受けた被災者の一時的な雇用の確保	職業安定局雇用開発部地域雇用対策室(内5794)
○産業政策と一体となった被災地の雇用支援	職業安定局雇用開発部地域雇用対策室(内5794)
○福島避難者帰還等就職支援事業の実施	職業安定局雇用開発部地域雇用対策室(内5864)
○復旧・復興工事等に従事する労働者の安全衛生対策	労働基準局安全衛生部安全課建設安全対策室(内5489)

第2 原子力災害からの復興への支援

項目	担当部局課室名
○食品中の放射性物質対策の推進	生活衛生・食品安全部基準審查課（内2444）
生活衛生・食品安全部監視安全課（内2447）
○東京電力福島第一原発作業員への対応	労働基準局安全衛生部労働衛生課電離放射線労働者健康対策室（内2181）
【3K123009】ハロモナス菌による木材から3-ヒドロキシ酪酸等の生産技術開発に関する研究（H24～H26；累計予算額83,824千円）

河田 悦和（独）産業技術総合研究所）

### 1. 研究開発目的

独自菌株ハロモナス KM-1 株を用い、木材から 3-ヒドロキシ酪酸等を生産する基礎技術を確立し、持続可能社会実現に向けた環境政策へ貢献する。

実用化を目指すにあたり、培養速度の向上、培養阻害物質に対する一層の対策、など多くの課題が存在する。これらを克服し、商業的な生産の指標である生産量100 g/L、生産速度1.0 g/L・hを目標値に、木材から3-ヒドロキシ酪酸等を分泌する条件を確立させる。この目標を達成するため以下の2課題について検討を行う。

1) 木材糖化液等からのリファイナリー生産に関する研究

純粋な炭素源を用いた培地を用い、3-ヒドロキシ酪酸の生産の限度を確認し、その知見から木材糖化液の高効率利用を検討する。

2) 木材糖化液中の発酵阻害物質対策を目指した研究

微生物の生育を妨げる培養阻害物質を測定し、これらを低減するため糖化の手法を検討する。一方、ハロモナス菌についても阻害物質への耐性向上に向けた、突然変異誘導や馴化を検討する。

### 2. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

バイオマス利用において課題である C5 糖の利活用が可能な独自のハロモナス菌KM－1株を用い、高アルカリ高塩濃度環境を利用して、培地を滅菌するエネルギーを用いることなく、菌体内にバイオプラスチックを蓄積した後、そのモノマーの3-ヒドロキシ酪酸を分泌する。昨今3-ヒドロキシ酪酸は、炎症性蛋白質NLRP3の発現を抑制し、糖尿病、アルツハイマー、動脈硬化を抑制する機能が報告されており、その安価な製造プロセスの開発は、従来考えられていた化成品としての利用のみならず、医薬品としての利用、経済性を持つものとして注目される。

## (2) 得られた成果の実用化

ハロモナス菌を用いて、スギ糖化液に含まれるすべての糖を利用し、これをバイオプラスチック PHB、さらには3-ヒドロキシ酪酸へと転換する技術を確立した。今後、さらなるスギなどの木材糖化液のコスト低減は必要ではあるが、糖を用いた大規模スケールの培養にも成功していることから、技術としては実用化レベルに達している。今後、事業化に向けさらなるコスト低減に向けた検討を実施する。

## (3) 社会への貢献の見込み

今後、持続可能型社会を目指す上で、余剰バイオマス資源の有効活用、化石燃料資源の使用抑制は必須の課題である。日本の場合、バイオマス資源として有望な、スギを中心とした木材、特に間伐材は用途が制限され、エネルギー以外への用途開発が求められている。そのために、間伐材などを糖化し、これを原料としたバイオリファイナリーの確立は急務といえ、その中で本研究は、スギ糖化液をそのまま利用し、3-ヒドロキシ酪酸の生産技術開発を行ったものであり、今後の技術開発の嚆矢となることを希望する。

### 3. 委員の指摘及び提言概要

発酵のみでは目標を達成できなかったが、実用化への道筋を示すことができたことは評価できる。基礎的な知見は深まったが、パイロットプラントスケールの実験が不可欠である。また、実
用化を想定して、間伐材の収集・運搬や不要物の処理・処分などを含めて、厳密な物質収支と経済評価を進める必要がある。

### 4. 評点

総合評点：A
課題名 A-1002 日本海深層の無酸素化に関するメカニズム解明と将来予測

課題代表者名 荒巻能史 （独立行政法人国立環境研究所環境計測研究センター動態化学研究室主任研究員）

研究实施期间 平成22～24年度

累計予算額 106,593 千円（うち 24 年度 32,491 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード（5～10個以下程度）

日本海、地球温暖化、溶存酸素濃度、深層循環、化学トレーサー、数値計算

研究体制

(1) 溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングによる日本海深層の無酸素化の将来予測

(（独）海洋研究開発機構）

(2) 日本海深層における海水混合と水塊変質過程の解明 (九州大学)

(3) マルチトレーサーを活用した日本海底層水の起源推定と循環機構の解明（独）国立環境研究所

(4) 鉛直多層ボックスモデルを用いた日本海底層水の海水年齢と漸減する溶存酸素濃度の再現実験（北海道大学）

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

日本列島により北太平洋から隔てられる日本海は、最大水深3700mを有する北太平洋の縁辺海で、外海とつながる4つの海峡の水深が約200mと浅いため、ちょうど“底の深いお椀”のような地形をしている。日本海の表層、およそ200mまでの水深では、東シナ海から対馬海峡を通って流入した対馬海流が日本列島沿いを北上し、津軽、宗谷海峡から流出するため、この表層水によって蓋をされた形で、水深およそ200mから海底直上まで「日本海固有水」と呼ばれる海水特性がほぼ均一な水塊として存在する。最近の詳細な観測から日本海固有水は単一の水塊ではなく、水深1000m付近までの「上部固有水」、水深2000m付近までの「深層水」、さらには2000m以深の「底層水」に分類できることが分かってきた。最も深い層に位置する底層水は、日本海北西部が冬季の冷たい季節風によって冷やされることによって、密度が増加した表層水が海底付近まで沈み込むことで形成するものと推測されている。この形成過程は、ちょうど北部北大西洋で見られる深層水形成と同じである。一方、表層では北緯40度付近に南から流入する暖流（対馬海流）と北部日本海を循環する寒流（リマン海流）が接する亜寒帯前線が存在し、西部北太平洋でいうところの黒潮と親潮の関係に当たる。このように、日本海は小さいながらも外洋で見られる様々な地球規模での海洋現象が存在していることから、「ミニチュア大洋」とも呼ばれ、海洋研究のための格好の“実験場”を提供している。

日本海の深層海水は外洋の海洋大循環のおおよそ20分の1程度の時間スケールで循環していると考えらており、温暖化に対する環境影響の応答が早く、モデル等によって懸念されている「海洋大循環（深層循環）の停滞」や「海水温の上昇」などの物理環境的影響をいち早くキャッチできる可能性があるため、温暖化に対して脆弱な海域として、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）第四次評価報告書にも引用されており、今後の詳細な観測が期待されている。これを裏付けるように、近年、日本海底層水中の溶存酸素濃度が過去数十年間にわたって漸減している（図1）ことが報告され、同様に、深層海水中の水温がわずかに上昇傾向にあることも分かってきた。これは日本海で最も密度の大きい、すなわち冷たい底層水の形成が停滞し、表層の豊富な酸素が深層へ運ばれにくくなったことを意味しており、20世紀以降の温暖化に伴う気候変動との関連が強く示唆される。日本海底層水の溶存酸素はわず

図1：日本海深層水塊中の溶存酸素の長期変動（Minami et al., J. Oceanogr., 1999）
か100年足らずで枯渇してしまうという研究報告もあり、無酸素化の生態系及び水産資源への甚大な影響が懸念される。

### 2. 研究開発目的

過去数十年にわたって日本海深層水塊中の溶存酸素濃度が漸減し、水温も上昇しているという日本海における近年の環境変動は、温暖化の影響によって日本海底層水の新たな形成が停滞したためであると評価されてきた。しかし、その変動と原因を繋ぐプロセスに関する具体的な研究は皆無である。日本海底層水は、海水特性を決定する水温・塩分のみならず、溶存酸素を含む様々な化学成分が極めて一様な特徴を持っているが、奇妙なことに過去の数〜十年間隔で得られた観測データはその特徴である鉛直一様性を保持したまま“変動”している。日本海全域の30％以上の体積を占める底層水に含まれる化学成分が鉛直的に濃度勾配を持たずに“変動”するためには、これを維持する底層における何らかのメカニズムが作用しているに違いないが、例えば、その物理学的過程すら解明されていない現状がある。そこで本研究では日本海を対象とした大規模な海洋観測を利用し、(1)歴史的資料及び本研究で得られる高精度分析データを用いて、溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングを行い、日本海深層における無酸素化の将来予測を実施し、(2)海水特性や流速の三次元的な分布の観測と係留系による流速の長期観測を通して深層における海水混合と水塊変質の物理過程を解明、(3)海水流動の「化学トレーサー」として利用可能な複数の化学成分を組み合わせて解析することから、底層水の起源や循環過程を解明、(4)過去の観測結果ならびに本研究で得られた物理・化学観測データを鉛直多層ボックスモデルに組み込んで(1)〜(3)で得られた解析結果を検証することから、日本海底層水の無酸素化プロセスを解明するとともに、その将来予測を行うことを目的とし、温暖化に伴う地球規模での海洋環境変動に関するシミュレーションモデル等への貢献を最終的な研究目標とする。

### 3. 研究開発の方法

## (1) 溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングによる日本海深層の無酸素化の将来予測

これまでに報告されている溶存酸素データ及びWorld Ocean Database 2009より日本海のデータを抽出・品質管理を行い、日本海の各海盆底深層水における溶存酸素濃度の経年変化を検証した。また合計5回の新たな海洋観測（2010～2012年）に参画し、現場型電気伝導度・水温・深度プロファイラー（CTD）に装着したセンサー及び化学分析による溶存酸素データを取得した。溶存酸素のすべての化学分析は、改良ウィンクラー法により、観測航海中に船上で行われた（分析精度がおおよそ1μmol/kg）。これらの最新の結果を、過去データと統合することで、日本海底深層における溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングを作成した。その「高精度時空間マッピング」をもとに、溶存酸素濃度の減少メカニズムの仮説を提案した。一方、2010年6～7月に実施された白鳳丸航海KH10-02で採取した海水に含まれる炭素14を分析した。試料前処理は（独）海洋研究開発機構で行い、分株式会社加速器分析研究所の加速器質量分析計を用いて炭素14/炭素12比を測定した。その比はΔ¹⁴C（‰）として報告され、その不確かさは約5‰程度と見積もられた。2010年の炭素14データを過去のデータと比較することで核実験起源炭素14の増加量を見積もった。それから、底層水中の溶存酸素消費速度を見積り、無酸素化の将来予測を試みた。

## (2) 日本海深層における海水混合と水塊変質過程の解明

日本海深層で報告されている昇温と溶存酸素量の漸減は、深層水の形成が停滞している状況下での深海での水塊変質過程とみなすことができる。本サブテーマでは大和海盆底層水に注目し、その変質に寄与する物理過程として日本海盆からの水平移流と、上層の深層水との鉛直混合について調査した。11航海、延べ122日間にわたる船舶観測によって、CTDによる海水特性（水温、塩分、溶存酸素量）の分布調査、降下式超音波流速計（LADCP）による流速分布の観測、流速計・光学式溶存酸素計の長期深海係留観測、深海乱流計によるエネルギー散逸率の計測などを実施した。また、日本海盆と大和海盆の海水交換に関しては、変動の長期的な傾向を把握するために、気象庁による既往観測資料の解析も行った。

## (3) マルチトレーサーを活用した日本海底層水の起源推定と循環機構の解明

日本海では、北西部が冬季の冷たい季節風によって冷やされることで、密度が増加した表層水が海底付近まで沈み込む、いわゆる熱塩循環によって日本海底層水と呼ばれる深層水塊を形成すると推測されている。本サブテーマでは海水に溶存して海水とともに流動し、その流動に時間軸を与える化学成分（化学トレーサー）の広範な分布を利用して、熱塩循環の特性や変化の検知を試みた。観測に先立ち、100年スケールと想定される日本海深層循環に最適な新たな化学トレーサーとして通称フロン類（CFCs）などのハロゲン化合物に注目し、先行研究を参考にして、CFCs三種（CFC-11、CFC-12及びCFC-113）及び六フッ化硫黄（SF_{6}）
を高感度同時定量する分析手法を開発した。主要な3つの海盆（日本海盆、大和海盆、対馬海盆）を中心に合計8回の観測航海を実施し、日本海の広範なハロゲン化合物並びに炭素14の空間分布を得た。さらに、韓国海洋科学技術院との国際共同研究を利用して、2000/2001年の底層水の大規模形成直後に西部日本海盆南端～対馬海盆上で得られた海水を入手し、その炭素14測定を実施した。

## (4) 鉛直多層ボックスモデルを用いた日本海底層水の海水年齢と漸減する溶存酸素濃度の再現実験

提案する鉛直多層モデルは、1℃以下の水温値をもった沈降水量を未知数として適当に変化させ、この水が沈降できる水深が時々刻々変化する水温鉛直プロファイルで決定される。それゆえ、鉛直上向きの移流（湧昇流）は水深毎に異なることになり、鉛直拡散係数（一定を仮定）から見積もられる下向きの熱拡散との熱バランスも各水深で異なる。日本海の深層全体積（1℃以下の領域）に対する沈降水量率をp(%/yr）、鉛直拡散係数を $ K_{z} $ （ $ cm^{2}/s $ ）とし、本モデルにおける未知パラメータとした。深層へ沈降できる海水は0～1℃の範囲で均等分布し、密度は水温のみの関数と仮定した。また、深層水の加熱は上方からの鉛直熱拡散のみ、深層水の冷却は底のみで、底以外は鉛直上向き流による低温水の移流として寄与する様にモデル化した。平均年齢の計算方法は、定常計算後の鉛直移流と水温を固定値として、各水深の沈降水量に比例配分した濃度を初期値として投入する。その後、無限大時間に相当する8000年間の数値計算を行い、この期間における規格化した濃度の残余関数を積分して平均年齢が求まる。

水温上昇する底層水(BW)を境界条件として、深層水(DW)の水温上昇率を説明できるような鉛直上向きの移流速度wは下記の式を用いて概算することができる。

$$ w_{i}=\frac{\left\lfloor\left(\Delta P T_{7,i}-\Delta P T_{7,i-1}\right)-\Delta t_{7}\cdot D i f\right\rfloor\Delta z}{\Delta t_{7}(P T_{i-1}^{n}-P T_{i}^{n})} $$

ここで、鉛直格子iにおける7年間$\Delta_{t7}$ の水温上昇を$\Delta PT_{7}$、$n$年の水温PT、鉛直拡散項をDifである。

最後に、底層フロントを挟む両海盆の密度差で駆動される密度流を非回転系静水圧モデルで表現する数値モデル実験を行った。モデル強制として、海底から250mW/m²の地熱流量(本研究の概算値)を計算領域全体に与え続け、下方からの加熱による水温逆転(または、密度逆転)は対流調節により瞬間的に鉛直混合させた。

### 4. 結果及び考察

## (1) 溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングによる日本海深層の無酸素化の将来予測

本研究で新たに得られたデータと歴史データを組み合わせることで、日本海各海盆における底層水中溶存酸素濃度の経年変化を明らかにした（図2）。データ密度の高い1960年後半以降の東部日本海盆及び大和海盆の溶存酸素の時系列データから、底層水における平均酸素減少速度は約0.8μmol/kg/yearと見積もられた。またWorld Ocean Database（2009）のデータから、西部日本海盆及び対馬海盆の深度2000m以深の底層水においても、ほぼ同様の溶存酸素濃度の長期的な減少傾向が存在することが初めて確認された。西部日本海盆底層水の溶存酸素の時系列データでは、1969年、1977年及び2001年に一時的な溶存酸素濃度増加が確認された。図中の実線は、ロシア・ウラジオストク市において日最適気温がマイナス20℃を下回った日の年積算日数を示しており、各年がそれぞれ例年に比較して記録的な厳冬であったことを示唆している。2000～2001年の厳冬期には、上述したように観測によって新底層水の形成が確認されている。これらの結果は、1969年及び1977年の両年の冬季においても、西部日本海盆で新たな底層水が形成され、同海盆底層水中溶存酸素濃度が一時的に増加したと解釈できる。一方、東部日本海盆及び大和海盆では、1970年代前半、1980年代中頃及び2000年代中頃に、やはり一時的に溶存酸素濃度が上昇している。これらの結果から、「日本海底層水中の溶存酸素は、厳冬期にのみ（間欠的）に西部日本海盆における新底層水形成によって供給される。新底層水は、反時計回りの底層循環に沿って、数年程度遅れて大和海盆、東部日本海盆に移動する。新たな酸素供給が無い期間は、溶存酸素は有機物の分解によって消費され減少する。」という仮説を提案した。日本海における放射性炭素濃度の測定結果によると、東部日本海盆底層水において、1977年から2002年の約25年間にΔ¹⁴Cは約20‰増加した（約-80‰→-60‰）。一方、2010年の白鳳丸KH10-02で得られた東部日本海盆底層水中のΔ¹⁴Cは約-55‰であり、2002年のそれに比べてわずかではあるが有意に約5‰増加した（約-60‰→-55‰）。2つの期間合わせた1977年から2010年の約33年間で計算すると、
図2：東部日本海盆（白丸）、大和海盆（黒丸）、西部日本海盆（赤丸）及び対馬海盆（青十字）の底層水（深度2000m 以深）中溶存酸素濃度（μmol/kg）の経年変化

その間の底層水の平均滞留時間として約120年、平均酸素増加速度として約1.1μmol/kg/yearが求まる。この間の見かけの平均酸素減少速度は約0.8μmol/kg/yearであるので、真の平均酸素消費速度は約1.9μmol/kg/yearと計算される。今後の地球温暖化の進行に伴い、もしも日本海底層水の形成が完全に停止した場合には、毎年約2μmol/kgずつ底層水中溶存酸素濃度は減少する。現在の底層水中溶存酸素濃度は約200μmol/kgであり、新たな溶存酸素の供給がなければわずか100年後には、日本海底層水が完全に無酸素化することになる。今後より広範囲にわたる精密な観測によって日本海の溶存酸素濃度を監視していく必要があると考えられる。

## (2) 日本海深層における海水混合と水塊変質過程の解明

大和海盆と日本海盆の境界域では、高温・低酸素な大和海盆底層水と低温・高酸素な日本海盆底層水の間にフロントが存在し、さらに大和海盆底層水の下層を日本海盆底層水が南へ進入する様子が示された。LADCPによる観測からも水塊構造に対応した流速分布が得られ、地球自転の影響を受けた密度流を伴う二層に分かれるような海水交換が明らかとなった。既往観測資料の解析から、底層フロントや底層水の分布は時間変動することが示され、その一因として中規模渦の影響が示唆された。流速計の長期係留観測から見積もられる日本海盆からの底層水の平均流量は $ 5.31 \times 10^{4}\ m^{3}/s $ であったが、実際の流入は間欠的であり、その時間スケールとして5～20日程度が示唆された。

一方、鉛直混合に関しては、水平流速の鉛直分布に内部重力波によると考えられる短波長の変動が認められ、その鉛直シアは深さとともに増加するにもかかわらず、乱流エネルギー散逸率（ε）は減少する傾向を示した。成層条件とεから推定される底層水上面での鉛直拡散係数は $ 10^{-4}\sim10^{-3}\ m^{2}/s $ のオーダーであった。海底から約2000mの水柱内の流速分布について回転スペクトルを求めたところ、鉛直波長120m以上の領域では、水深とともに流向が反時計回りに変化する成分が卓越していた。このことは、この領域の内部重力波は下層から上層へ向かって伝播していることを意味し、発生域は海底にあることを示唆している。一方、大和海盆で実施した流速計の係留観測からは、時間とともに流向が時計回りに変化する慣性周期帯の変動が卓越していることが示された。これらのことから、日本海深層の海水混合には鉛直波長120～200m程度で、上層に向かって伝播する近慣性周期の内部重力波が関与していると推測される。

## (3) マルチトレーサーを活用した日本海底層水の起源推定と循環機構の解明

海水およそ200mLを用いて溶存するCFC-11、CFC-12、CFC-113及びSF_{6}の4成分を完全に分離して1台の電子捕獲検出器付きガスクロマトグラフ(ECD-GC)で高精度かつ高感度で定量する分析システムを開発した（写真1）。CFC-11、CFC-12、CFC-113及びSF_{6}の分析精度は、それぞれ0.87%、0.49%、0.42%及び0.54%であり、2台のECD-GCを用いて各成分を個別に測定した既存の分析法と同等かそれ以上に高精度であることが確認された。また、同システムを船舶に搭載できない場合を想定して、大気に豊富に存在するCFCsの汚染
写真1：本研究で開発された溶存ハロゲン化合物の多成分同時定量装置の外観（2011年6月実施の北海道大学おしょろ丸第229次航海において、一般居住室（学生食堂の一角）に設置したときに撮影）

を最小限に止めつつ長期保存を可能にする試料採取ボトル並びに保存容器の開発を行うとともに、その実証実験を実施した。その結果、CFC-113についてはわずかなブランクの増加を補正する必要があるが、1ヶ月間の保存後も高精度分析が可能であることが証明された。

2011～2012年に日本海盆、大和海盆及び対馬海盆においてハロゲン化合物の広範な空間分布を得た。SF_{6}は水深1500m以深において検出限界付近を示しており、CFCsと比べて極端に低いため定量的な解析に用いることができないが、1980年代より大気濃度が急激に増加した化合物なので比較的新しい年代の熱塩循環トレーサーとなる可能性が示唆された。一方、CFCsについては、深層水（水深1000m～2200m）ではいずれも水平勾配がほとんど見られず、水深の深い東部日本海盆と大和海盆では底層水（水深2200m以深と定義）では日本海盆でほぼ一様あるのに対して大和海盆では北部で低く南部で高いという明らかな濃度勾配が見られた。大気濃度と同じCFCs濃度を持つ表層水が毎年冬季に一定量ずつ深層水や底層水に直接取り込まれると仮定して、CFCsの大気への放出が始まった1930年から観測を実施した2011年までの間、深層水や底層水中のCFCs濃度がどのように変化するかをシミュレーション計算した。そして、我々の観測結果に最もフィットする「表層水の深底層水への寄与率」を求めた。その結果、最近40年の大和海盆南部域における深底層水への寄与率は、それ以前に比べて15～20%、日本海盆においても30～40%まで急激に低下していた。

炭素14の広範な空間分布観測では、サブテーマ(2)で物理的解析が進む東部日本海盆～大和海盆の境界における底層フロントについて、日本海盆から大和海盆へ海底を這うように流入する底層水が日本海全域で見かけ上最も古い、少なくとも1979年以前に表層水が底層に沈み込んだ水塊であることを見いだした。さらに、2001年4月に西部日本海盆南端～対馬海盆上で得られた海水のΔ¹⁴C測定から、2001年1月下旬から2月上旬に起こったとされるロシア・ウラジオストク沖での新たな底層水形成の影響がわずか2ヶ月のうちに西部日本海盆南端に伝播していたことが明らかとなった。

## (4) 鉛直多層ボックスモデルを用いた日本海底層水の海水年齢と漸減する溶存酸素濃度の再現実験

鉛直多層モデルにおける未知パラメータpとKzの組み合わせの中で、観測された水温及びδ^{14}Cの鉛直プロファイルを再現できたのは、p=4%/yr、Kz=2cm^{2}s^{-1}であった。日本海の深層全体積(1℃以下の領域)はV=1.0×10^{6}km^{3}なので、1℃以下の深層域に沈降する海水量は、V×4.0%/yr～(1.0×10^{6}km^{3})×0.04yr^{-1}=4.0×10^{4}km^{3}/yrとなる。これを流量に換算すると約1.3Svにもなり、オーダー的には対馬暖流の流入量(2～3Sv)に匹敵する量が沈降(湧昇)していることになる。

底層水(DW)の水温上昇率を説明できる鉛直上向き移流速度を概算すると、1250db～1500db(dbは水深
を水圧で示したもので、1dbは約1m）付近において大和海盆（YB）では極小、逆に日本海盆（JB）では極大となり、両海盆で非対称性な分布が予測された。YBで予測された鉛直流の鉛直変化は収束発散を意味し、YBの深層域が半閉鎖的と仮定すれば、連続の関係よりYB-JB間の境界にある浅瀬（SL）上には水平流が存在していなければならない。このような水平流は、底層フロントを挟む両海盆の密度差で駆動される密度流を非回転系静水圧モデルで再現された。モデル結果は0.01～0.03℃の水温勾配をもったSL上の底層フロントや両海盆で水深が異なるBW-DWの境界面を再現している。さらに、JB側BWの上端はJBからYBへの水平流入の下部、YB側BWの上端はYBからJBへの水平流出の下部に位置し、これら流向の異なる水平密度流が両海盆におけるBW-DWの境界水深差を生じさせている。このような水温及び流れ分布パターンは、海底加熱強制がある限り維持される。これはSL上の水平密度差が両海盆のBW水温が共に上昇することで維持され、底層フロントを横切る定常的な水平密度流が発生しても、水温上昇する海底前線として底層フロントが常に存在し得るためである。

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

本研究で得られた結果は、日本海の深層循環像に新たな知見を加えるものである。具体的には、まず日本海底深層水における長期的な溶存酸素の低下傾向が、2010年代も継続していることを確認した。次に、最新の観測データと歴史データを組み合わせることで、これまでその要因が明確でなかった溶存酸素濃度の一時的な増加と間欠的に発生する新底層水形成イベントとの関係を結びつける「仮説」を提案した。さらに、水塊トレーサーである放射性炭素14の経年変化量から、日本海底層水中の、見かけではなく真の溶存酸素消費量として約2μmol/kg/yearという値を世界ではじめて見積もった。これらの成果は「地球温暖化に対して脆弱な縁辺海」としての日本海を再確認すると同時に、「仮説」を検証するための今後の観測計画の立案、得られた観測結果と「仮説」との整合性の確認という作業を通じて、日本海における海洋循環研究を次のステップに推し進めるための基礎となり得る。

大和海盆底層水の変質に寄与する2つの大きなパラメータ（水平移流と鉛直拡散）を実測によって定量的に評価できたのは大きな成果である。特に日本海盆から大和海盆への底層流は、これまで理論的には予測されていたが、その存在が観測によって証明されたのは初めてである。また、水平移流のメカニズム（回転系での密度流を伴う二層に分かれるような海水交換）や、鉛直拡散に寄与する物理現象（鉛直波長150～200m程度で、下層から上層に向かって伝播する近慣性周期の内部重力波）を特定できたことも特筆すべき成果である。将来的には、これらの物理過程を組み込んだモデルを開発することにより、日本海深層での水塊変質を精度よく予測できることが期待される。

小型化及び省電力化を目的にECD-GC1台で、海水にごく微量に溶存するCFC-11、CFC-12、CFC-113及びSF_{6}の4成分を世界最高レベルの高感度分析するシステムを開発したことは、今後の化学海洋学の発展に大きく寄与するものである。また、CFCs比によって最近40年の日本海の熱塩循環が以前の15～40%程度にまで弱化しているという解析結果は、温暖化に伴う海洋循環のような地球システムそのものの変化を定量的に明らかにした希有な成果である。また、炭素14の広範な空間分布観測では、本課題で物理的解析が進む東部日本海盆～大和海盆の境界における底層フロントについて、日本海盆から大和海盆へ海底を這うように流入する底層水が日本海全域で見かけ上最も古い、少なくとも1979年以前に表層水が底層に沈み込んだ水塊であることを見いだした。さらに、2000/2001年の底層水の大規模形成直後に西部日本海盆南端～対馬海盆上で得られた海水の $ \Delta^{14}C $ 測定から、同水塊の流動について新たな知見を得た。2000/2001年の底層水形成イベントについては、国内外の研究者によって化学、物理学的解析が行われており、これらの成果とともに解析を進めることで日本海深層循環の解明の一助となる。

鉛直一次元の多層モデルは単純なモデルではあるものの、日本海深層水の水温やδ $ ^{14} $ Cの鉛直プロファイルの特徴を表現できる。そのモデル結果から、①日本海深層水の海水年齢（最大で平均年齢160年程度）を決める要因は沈降量ではなく、主に鉛直拡散係数であること、②1℃以下の深層へ沈降する海水量はp=4%/yr程度と推測され、この値は深層体積1×10⁶km³から流量換算にすると1.3Sv程度（対馬暖流の流量に匹敵）となること（なお、冷却に寄与する底への沈降量は0.05Sv程度）、③海洋観測の立場からは未知である深層域の鉛直拡散係数は、2cm²/s前後であろうこと、が推定された。さらに、鉛直一次元モデルを3次元モデルに拡張した結果から、現在でも観測される鉛直均一で水温上昇する底層水(BW)が過去の一時期多量に形成された鉛直混合水の名残ではなく、海盆間の深層密度流により常に維持されていることが明らかになった。
## (2) 環境政策への貢献

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

本研究では、日本海底層水中の真の溶存酸素消費量が約2μmol/kg/yearであることを世界ではじめて見いだした。2012年現在の日本海底層水の溶存酸素濃度が195～200μmol/kgであることを考えると、今後100年で底層水から酸素がなくなってしまうことになる。さらに、CFCsの高感度精密分析を用いて、温暖化に伴う熱塩循環の規模が最近40年ではそれ以前の15～40%程度にまで減少していることを突き止めた。温暖化に伴う海洋環境の変化の状態把握は種々のモニタリングによって明らかになりつつあるが、本研究のように海洋循環の変化、すなわち地球システムの変化そのものを定量的に明らかにした例はほとんどない。これらの成果は、日本海が温暖化に対して脆弱な縁辺海であることを改めて浮き彫りにしただけでなく、日本海は国民にとって最もなじみ深い海のひとつであることから温暖化問題や海洋環境保全に対する国民への啓蒙を図る上で重要な役割を担うものとなる。

太平洋や大西洋の深層においても水温上昇が報告されており、地球規模での海洋循環の将来予測が喫緊の課題となっている。本研究で得られた知見は、例えばIPCCによるいくつかのCO_{2}増加シナリオによって全球の熱塩循環が将来的にどのように変化するのかを予測する際に、有益な情報を提供すると考えられる。また、本研究の本質は「大気圏あるいは海洋表層における環境変化が、海洋深層にどのような影響を及ぼすか」という問題である。例えば福島原発事故により拡散した放射性物質の日本海深層への影響の有無を求められたとき、本モデルをImpulse応答問題として使用すれば、第一次近似的なレベルではあるものの、今後の予測は可能である。また、日本海深層水の現状把握という観点において、本研究で実施したような日本海全域を対象にした調査の継続は経費・時間・外交等の関係上、現実的には不可能であろう。本研究では、底層水が水温上昇しつつも、その水温鉛直均一性や一定層厚を維持する要因として、大和海盆-日本海盆間の浅瀬上に形成された底層フロントが大きく関与していることを明らかにした。この研究成果は、日本の領海内で最小限の経費で実施可能なモニタリング候補として、日本海深層水全体のリトマス試験紙的役割を演じる底層フロント近傍底層水の継続的なモニタリングを提案するものである。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) T. ARAMAKI, S.S. TANAKA, S. KUSHIBASHI, Y.-I. KIM, C.-J. KIM, G.-H. HONG and T. SENJYU: Radiocarbon, 55 (3–4) (2013) [in press]

“Spatial distribution of radiocarbon in the southwestern Japan/East Sea immediately after bottom water renewal”

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1) Y. KUMAMOTO and T. ARAMAKI: 5th PEACE Workshop, Gangneung, Korea, 2010

“Temporal and spatial variations of dissolved oxygen in the Japan Sea Bottom Water”

2）田中伸一、荒巻能史、佐々木建一、千手智晴、熊本雄一郎、磯田豊：2011年度日本海洋学会春季大会（2011）

「溶存クロロフルオロカーボン類を用いた日本海深層／底層水形成量の推定」

3）磯田豊、荒巻能史、荘司堅也：2011年度日本海洋学会春季大会（2011）

「日本海深層水の海水年齢」

4）荘司堅也、磯田豊、荒巻能史、久万建志、中塚武：2011年度日本海洋学会春季大会（2011）

「日本海における大和海盆-日本海盆間の深層密度流」

5）千手智晴、熊本雄一郎、張勁、田中伸一、荒巻能史：2011年度日本海洋学会秋季大会（2011）

「日本海底層における海水交換－日本海盆と大和海盆」

6）荒巻能史、Y.-I. KIM and G.-H. HONG：第3回JAEAタンデトロンAMS利用報告会（2011）「2001年のウルルン海盆周辺における炭素14の空間分布」
7) Y. KUMAMOTO, T. ARAMAKI, S.S. TANAKA, and J. ZHANG: 2012 Ocean Science Meeting, Salt Lake City, USA, 2012

“Centennial-scale oxygen decrease in deep water of s marginal sea of the northwestern Pacific: Japan Sea”

8）千手智晴、荒巻能史、田中伸一：2012年度日本海洋学会春季大会（2012）「日本海深層における溶存酸素量の長期係留観測」

9) 千手智晴、磯田豊、荒巻能史、田中伸一：北海道大学低温科学研究所研究集会「宗谷暖流を始めとした対馬暖流系の変動メカニズム」および萌芽研究「東アジア縁辺海統合観測航海による対馬暖流系の流動・物質輸送過程の解明」成果報告会(2012)

「日本海盆一大和海盆間に存在する底層フロントの変動について～おしょろ丸2011年6月の観測結果に関連して～」

10）田中伸一、荒巻能史、磯田豊、千手智晴、熊本雄一郎：北海道大学低温科学研究所研究集会「宗谷暖流を始めとした対馬暖流系の変動メカニズム」および萌芽研究「東アジア縁辺海統合観測航海による対馬暖流系の流動・物質輸送過程の解明」成果報告会（2012）

「マルチトレーサーを用いた日本海底層水形成量の推定～おしょろ丸2011年6月の観測結果に関連して～」

11) T. ARAMAKI, S.S. TANAKA, S. KUSHIBASHI, Y.-I. KIM and G.-H. HONG: 21th International Radiocarbon Conference, Paris, France, 2012

“Spatial distribution of radiocarbon in the southwestern Japan/East Sea right after the bottom water renewal”

12）磯田豊、荒巻能史、荘司堅也：2012年度日本海洋学会秋季大会（2012）「日本海の深層水（1）海水年齢」

13）荘司堅也、磯田豊、日比野祥、中野俊也：2012年度日本海洋学会秋季大会（2012）「日本海の深層水（2）底層水の形成」

14) T. SENJYU, T. ARAMAKI, Y. ISODA and S.S. TANAKA: The $ 6^{th} $ Program of the East Asian Cooperative Experiments (PEACE) Ocean Science Workshop and the $ 9^{th} $ Korea-Japan Workshop on Ocean Color (KJWOC), Nagoya, Japan, 2012

“Variability of the benthic front between the Japan and Yamato Basins in the Japan Sea”

15) S.S. TANAKA, T. ARAMAKI, K. SASAKI, Y. ISODA, T. SENJYU and Y. KUMAMOTO: 2012 AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 2012

“CFC-11, CFC-12 and CFC-113 indicating the sudden weakening of the thermohaline circulation in the Japan Sea”

16）田中伸一、荒巻能史、千手智晴、熊本雄一郎、磯田豊：2013年度日本海洋学会春季大会（2013）「溶存クロロフルオロカーボン類が示した日本海熱塩循環の急激な弱化」

17）千手智晴、荒巻能史、田中伸一、森康輔：2013年度日本海洋学会春季大会（2013）「日本海盆－大和海盆境界域における長期深海係留観測」

18）熊本雄一郎：2013年度日本海洋学会春季大会シンポジウム「日本海および周辺海域でいま進みつつある環境の変化：その驚くべき実態に迫る！」(2013)

「日本海底層水における長期的な溶存酸素濃度の減少とその予測」

19）千手智晴：2013年度日本海洋学会春季大会シンボジウム「日本海および周辺海域でいま進みつつある環境の変化：その驚くべき実態に迫る！」(2013)

「小さな大洋－日本海のふしぎ」

20）荒巻能史、田中伸一：2013年度日本海洋学会春季大会シンポジウム「日本海および周辺海域でいま進みつつある環境の変化：その驚くべき実態に迫る！」(2013)

「化学トレーサーが語る直近40年での熱塩循環の急激な変化」

21）磯田豊：2013年度日本海洋学会春季大会シンポジウム「日本海および周辺海域でいま進みつつある環境の変化：その驚くべき実態に迫る！」(2013)

「日本海深層水の鉛直循環流」
### 7. 研究者略壓

## 課題代表者:荒卷 能史

北海道大学水産学部卒業、北海道大学大学院地球環境科学研究科博士後期課程中退、博士（地球環境科学）、日本原子力研究所むつ事業所研究員、現在、（独）国立環境研究所環境計測研究センター主任研究員

## 研究参画者

## (1) :熊本雄一郎

広島大学総合科学部卒業、広島大学大学院生物圈科学研究科博士課程後期修了、博士（学術）、現在、（独）海洋研究開発機構地球環境変動領域技術研究副主幹

## (2) : 千手 智晴

東海大学海洋学部卒業、東京水産大学大学院水産学研究科博士後期課程修了、博士（水産学）、農林水産省水産大学校助手、現在、九州大学応用力学研究所准教授

## (3) : 荒卷 能史(同上)

## (4) : 磯田豊

愛媛大学工学部卒業、愛媛大学大学院工学研究科修士課程修了、理学博士、(財)日本気象協会、愛媛大学工学部助手、現在、北海道大学大学院水産科学研究院准教授
(1) 溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングによる日本海深層の無酸素化の将来予測

（独）海洋研究開発機構

地球環境変動領域 海洋環境変動研究プログラム 海洋循環研究チーム 熊本 雄一郎

平成22～24年度累計予算額：21,274千円

（うち、平成24年度予算額：5,779千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

日本海の底深層水は、隣接する北太平洋に比べて比較的高濃度の溶存酸素を含む。このことは、日本海における活発な底深層水循環の存在を示唆しているが、一方で底深層水中の溶存酸素濃度は1920年代以降現在に至るまで減少し続けていることが明らかにされている。しかしながら、そのメカニズム、そして溶存酸素減少傾向の将来予測を議論するための観測データは十分とは言えない。本研究では歴史的データを再検証し、さらに最新の観測データを加えることで、底深層水中の溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングを実施した。それをもとに、日本海底深層水の溶存酸素濃度の時空間変動について、「日本海底層水中の溶存酸素は、厳冬期にのみ（間欠的）に西部日本海盆における新底層水形成によって供給される。新底層水は、反時計回りの底層循環に沿って、数年程度遅れて大和海盆、東部日本海盆に移動する。新たな酸素供給が無い期間は、溶存酸素は有機物の分解によって消費され減少する」という仮説を提案した。その仮説に水塊トレーサーである放射性炭素14濃度の日本海底層水中における経年変化を組み合わせることで、底層水における真の溶存酸素の消費速度を約2μmol/kg/yearと初めて定量化した。この消費速度は、新たな底層水形成によって溶存酸素が供給されない期間の酸素消費量に相当し、もしも今後の地球温暖化の進行によって日本海底層水形成が完全に停止した場合には、わずか100年で日本海底層水が完全に無酸素化することを示唆している。

## [キーワード]

日本海深層、溶存酸素濃度、地球溫暖化、無酸素化、放射性炭素14

### 1. はじめに

日本海はアジア大陸と日本列島に囲まれた閉鎖性の強い縁辺海であるが、最大水深が3700m以上あり、隣接する北太平洋などの外洋にひけを取らない「Miniature Ocean」でもある。その底深層水は非常に均質な性質をもった冷水塊（水温1°C以下、塩分約34.1psu）で占められている。またその底深層水は比較的高濃度の溶存酸素を含むことから、溶存酸素を多く含む表面水によって活発に「換気（ベンチレーション）」されることが戦前から知られており、Uda（1934）によって「日本海固有水」と名付けられた。第二次大戦後、現場型電気伝導度・水温・深度プロファイラー（CTD）を用いた詳細な観測から日本海固有水は単一の水塊ではなく、いくつかの水塊が重なり合ったものであることが明らかになった。特に水深約2000m以深のポテンシャル水温は測定誤差範囲で鉛
直的にほとんど均一であり、Gamo and Horibe (1983) $ ^{2)} $ によって「日本海底層水」と名付けられた。日本海底層水は、この海水が海面で大気と気液平衡状態にあるときの飽和酸素濃度の約60%の酸素を含んでいる。これは隣接する北太平洋の底深層水に溶け込んでいる溶存酸素濃度よりも、約1.3倍高い。海水中の溶存酸素は有機物の分解によって消費されるため、海洋表層から新たな酸素の供給がなければ底深層水中の溶存酸素濃度は時間とともに低下する。日本海と同じように閉鎖性の強い黒海（最大水深は約2300m）では表層水と底深層水の間での海水混合がほとんど無いため、その底深層水は溶存酸素が枯渇し無酸素状態になっている。すなわち日本海においては、深海底まで到達するような独自の底深層循環によるベンチレーションによって、日本海底層水に溶存酸素消費量を上回る溶存酸素が供給されていることを示唆している。

これまでの研究によって、この日本海の深底層海水は外洋の海洋大循環のおおよそ20分の1程度の時間スケールで循環していると考えられており、温暖化に対する環境影響の応答が早く、モデル等によって懸念されている「海洋大循環（深層循環）の停滞」、「海水温の上昇」、あるいは「海水の酸性化」などの物理環境的影響をいち早く検出できる可能性がある。そのため温暖化に対して脆弱な海域として、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）第四次評価報告書³にも引用されており、今後の詳細な観測が期待されている。これを裏付けるように、近年、日本海底層水中の溶存酸素濃度が過去数十年間にわたって減少し続けていることが報告され、深層海水中の水温がわずかに上昇傾向にあることも分かってきた⁴）。これは日本海で最も密度の大きい（＝冷たい）底層水の形成停滞を意味しており、20世紀以降の温暖化に伴う気候変動との関連が強く示唆される。Gamo (1999)⁵は、日本海底層水の溶存酸素減少傾向とロシア・シベリアの日本海沿岸海域の温暖化傾向との関連を指摘している。将来にわたりこの溶存酸素の減少傾向が続くと日本海底層水は数百年で無酸素化してしまうことになり、その海洋生態系及び水産資源への影響が懸念されている。

我が国における日本海の本格的な海洋調査は、1928年（昭和3年）から1930年（昭和5年）の海洋気象台（後の神戸海洋気象台）春風丸I世（1927年竣工）によるものを嚆矢とする $ ^{1} $ 。その報告書中においてすでに、日本海の深層が低温かつ溶存酸素に富んだ均一な海水で満たされていること、その原因として日本海独自の深層循環の存在が指摘されている。第二次世界大戦による中断をはさみ、我が国の気象庁、水産庁、大学による観測が継続された。しかしながら、1982年の国際海洋法条約によって排他的経済水域（EEZ）制度が確立した後は、その観測海域は大幅に制限されることになった。そのため、日本海における総合的な観測は1990年代半ばに九州大学応用力学研究所が日韓露米による国際共同研究として実施したCREAMS (Circulation Research of the East Asian Marginal Seas）、1997-2002年の日本原子力研究所（現：日本原子力研究開発機構）による「日露共同による海水循環と放射性核種の移行挙動に関わる日本海海洋調査」などに限られてきた。そのため、日本海底層水の無酸素化に関する将来予測に必要不可欠な海洋観測データは十分とは言い難い。

## 2 ．研究開発目的

本サブテーマでは、日本海底深層における溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングを作成することにより、日本海深層の無酸素化の将来予測を行うことを目的とした。具体的には、過去の観測で得られた「歴史データ」の収集と品質管理を実施した。また、新たに日本海における総合的
な物理・化学観測を実施することで最新の観測データを取得した。日本海における観測は、我国のEEZだけでなく韓国の海洋研究者と共同して同国EEZ内でも観測を実施した。それら新旧のデータセットを統合することで、可能な限り時空間的に密な時系列データセットを作成した。その「高精度時空間マッピング」をもとに溶存酸素濃度の減少メカニズムの仮説を提案した。最後に、水塊動態を解析する化学トレーサー（放射性炭素14）の観測結果と合わせて議論し、日本海底層水中溶存酸素の消費速度を定量化し、地球温暖化の進行にともなう日本海深層循環の停滞とその無酸素化の将来予測を試みた。

## 3 ．研究開発方法

## （１）「歴史データ」の収集と品質管理

2000～2001年の冬季に北西部日本海のウラジオストク沖において、新たな底層水が形成されたことが観測によって確認されている $ ^{6} $ 。そこで、そのイベント直後の2002年における日本海深層水中の溶存酸素濃度の空間分布の把握を試みた。2002年には上述した「日露共同による海水循環と放射性核種の移行挙動に関わる日本海海洋調査」に加えて、東京大学海洋研究所（現：大気海洋研究所）の白鳳丸（現在の所属は（独）海洋研究開発機構）による観測（KH02-03航海）、さらに気象庁による定線観測が実施されており、ロシア排他的経済水域（EEZ）を含む広範囲な海域のデータが取得されている。また、前々年の1999年には、米国を中心とした研究者による日本海の一斉観測 $ ^{7} $ が行われており、それらの結果との比較を行った。また、World Ocean Database 2009より日本海のデータを抽出・品質管理を行い、日本海の各海盆底深層水における溶存酸素濃度の経年変化を検証した。

## （２）観測航海による最新データの取得

2010年6-7月に実施された白鳳丸KH10-02航海、2011年10月のおしょろ丸航海（北海道大学水産学部）、2012年3月及び9月に実施された韓国の海洋調査船による対馬海盆での観測航海及び2012年10月に実施された淡青丸航海（（独）海洋研究開発機構）に参画し、CTD装着センサー及び化学分析による溶存酸素データを取得した。溶存酸素のすべての化学分析は、改良ウィンクラー法により、観測航海中に船上で行われた。各航海の測定では、相互に比較可能な標準溶液を測定することで品質管理を行い、その分析精度がおおよそ1μmol/kgであることを確認した。これらの最新の結果を、（1）で得られた過去データと統合することで、日本海底深層における溶存酸素濃度の高精度時空間マッピングを作成した。

## （３）仮説の提案と放射性炭素14を用いた酸素消費速度の見積り

上記「高精度時空間マッピング」をもとに、溶存酸素濃度の減少メカニズムの仮説を提案した。その仮説に日本海底層水における核実験起源放射性炭素14の時間変化を組み合わせることで、日本海底層水中溶存酸素の消費速度を定量化した。核実験起源炭素14は、主に1950年代から1960年代にかけて実施された核実験によって大気圏に大量に放出された。以降、大気中の核実験起源炭素14（二酸化炭素ガスの形態で存在）は気体交換を通じて海洋表層に、そして海洋循環によって海洋内部に徐々に移行・拡散しつつある。すなわち核実験炭素14は、海洋表層水がどのように海洋底深層に移行するかを測るための水塊トレーサーとなり得る。ここでは、過去の日本海深層に