四半世紀の観測でわかった冷たい北の海の変化

• 人間活動によって排出された二酸化炭素（CO₂）は、陸上の温暖化だけでなく、海の温暖化・酸性化など、海洋環境に対しても様々な変化を引き起こしている。本研究では、水産資源が豊富なカムチャツカ半島沖の定点K2（北緯47度、東経160度）（図1）に焦点をあて、25年（1999〜2023年）に及ぶ海洋観測データから、北太平洋西部亜寒帯域の実態を明らかにした。
• 北太平洋西部亜寒帯域の定点K2において、海洋地球研究船「みらい」（図1）などを用いて取得したデータの解析から、海洋表層で地球温暖化にともなう「温暖化」「低塩化」が確認され、そのうち温暖化は日本近海よりも1.87倍も速く進行していたことがわかった。また、海洋へのCO₂の取り込み増加に伴い「海洋酸性化」が進行していること、その割合（pH:年0.0014）は全季節で世界平均とほぼ同程度であることを本観測結果の解析が初めて明らかにした。
• 生物生産とは、一般に、海洋表面に生息する植物プランクトンが、栄養塩とCO₂を餌として、太陽光による光合成を介して有機物を生産する過程である。今回、栄養塩の変化を10年規模の長期に渡り観測した結果、「春（5月）に増加、夏（7月）に減少」という季節の依存性を新たに見いだした。この現象は、植物プランクトンの一種であるケイ藻類が大規模に増殖して発生（ブルーム）する時期が太陽光の低下の影響で遅延していることが原因と示唆された。

国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長　大和　裕幸、以下「JAMSTEC」という。）地球環境部門むつ研究所 海峡・沿岸環境変動研究グループの脇田昌英 副主任研究員らの研究グループは、北太平洋西部亜寒帯域のカムチャツカ半島沖に位置する定点K2（北緯47度、東経160度）において、1999～2023年の25年間にわたって、海洋地球研究船「みらい」などで得られた生物地球化学観測データを解析しました。その結果、本海域では海洋酸性化が着実に進行していることに加え、生物生産の長期的な変化が明らかにされました。

衛星および船舶観測データから、定点K2での海面水温は、年0.056℃の割合で上昇し、日本近海（年0.030℃）よりも速く進行（1.87倍）していました。海洋の表層混合層^※1（0～150 m未満）の塩分は年0.004の割合で低下していました。また、人間活動によって排出されたCO₂の吸収により、pHおよび炭酸カルシウム飽和度^※2（カルサイト・アラゴナイト）は統計的に有意に低下しており（pH:年0.0014,カルサイト：年0.007、アラゴナイト：年0.004 ）、本海域で海洋酸性化が進行していることが確認されました。その割合は、亜熱帯域に比べて速いと予想しておりましたが、世界平均とほぼ同程度であることが分かりました。

一方、生物生産で消費される栄養塩（ケイ酸塩、リン酸塩、硝酸塩）の年平均濃度には明確な長期変化はみられませんでした。しかし、季節別に解析すると、5月に増加、7月に減少するという10年規模の変化が確認されました。冬季から夏季にかけての栄養塩の季節変動から推定した純群集生産量（NCP）^※3も、冬季から5月にかけては減少し、冬季から7月にかけては増加するという対照的な傾向を示しました。その結果、本海域では、生物生産が「春（5月）に増加、夏（7月）に減少」するという季節依存性を示すことを、新たに見いだした。

さらに本研究では、5月の光合成有効放射（PAR）^※4のみが25年間で年0.20の割合で低下していることを明らかにしました。この現象は、光環境の低下が春季の生物生産減少に影響していることを示唆しています。一方、7月のNCP増加による各栄養塩の元素の化学量論比（P:N:Si＝1:15:55）は過去の報告（1:16:40）に比べて、Si（ケイ素）だけが高く、ケイ藻によるケイ酸塩消費の強化が示されました。8月の黄砂飛来量が年々増加していることが数値モデルからも示されたことから、、黄砂から供給される鉄利用能が、夏季のケイ藻生産増加の現象に関与している可能性が考えられました。

本海域の生物生産は、黄砂や海洋深層から供給される鉄の利用能に加え、海霧の発生に伴う光環境の変化にも影響されると報告されていることから、光環境、大気起源物質、ならびに中・深層からの物質供給の変化が、長期的に北太平洋亜寒帯域の生物生産の季節的なパターンに直接影響を及ぼしている可能性が明らかになりました。今後も、「みらい」の調査・観測活動を引き継ぐ北極域研究船「みらいⅡ」などによる定点K2での継続観測を通じて、海洋酸性化を含む環境変化の影響解明を進めていきます。

本成果は、「Progress in Earth and Planetary Science誌」に2026年2月14日付けで掲載されました。なお本研究は科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST「海洋とCO₂の関係性解明から拓く海のポテンシャル」領域（JPMJCR24J1、課題名：気候変動に伴う低次栄養段階生物の応答と炭素吸収能の評価）と科学研究費補助金（科研費）（JP25106709、JP15H02835、JP23K20393）の助成のもと実施されました。

※1　表層混合層：海面付近には、海水の鉛直的な混合により、水温・塩分が深さ方向にほぼ一様になっている層があり、これを表層混合層と呼びます。冬季には、海面で海水が冷却されるとともに、強い風によって上層と下層の海水がよく混ざるため、表層混合層は厚くなります。一方、夏季には、日射によって海面付近の海水が温められ、海面付近と下層との温度差が大きくなるため、表層混合層は薄くなります。

※2　炭酸カルシウム飽和度：観測で得られた海水中のカルシウム濃度と炭酸イオン濃度の積を理論的に算出できる各イオンの飽和濃度の積で除して得られる指標。この数値が1以上であれば過飽和で、１未満であれば未飽和の状態であることを意味します。そのため、この数値は、海水中のカルシウム濃度と炭酸イオン濃度が高いほど、炭酸カルシウムの殻や骨格を持つ生物は炭酸カルシウムの殻を作りやすく、低いほど作りにくくなります。海洋酸性化による炭酸イオンの減少は、海洋酸性化による生態系への影響評価の指標である炭酸カルシウムの飽和度（Ω（オメガ））を減少させます。炭酸カルシウムには、カルサイト（方解石）とアラゴナイト（アラレ石）の主に2つの結晶形があります。化学的性質も異なり、アラゴナイトの方が溶けやすいため、アラゴナイトの殻や骨格を持つ生物の方が海洋酸性化の影響を強く受けます。

※3　純群集生産量（NCP: Net Community Production）：海洋の植物プランクトンなどの独立栄養生物が光合成により作った有機物の総量から、海洋中の全生物の呼吸により消費された分を差し引いた生物群集全体の正味の生産量のことをいいます。

※4　光合成有効放射（PAR: Photosynthetically Active Radiation）：植物の光合成に実際に利用される放射光の波長域（約400nm（ナノメートル、ナノは10億分の1）～700nm）のことで、葉緑素が吸収しやすい青色（400〜500nm）と赤色（600〜700nm）の光が主。

雑誌名：Progress in Earth and Planetary Science
タイトル：Ocean acidification and changes in biological production in the western subarctic region of the North Pacific over the quarter century, 1999–2023
著者：脇田昌英,永野憲, 内田裕, 中野善之、木元克典、重光雅仁、長島佳奈、竹谷文一、藤木徹一、野口（相田）真希、笹岡晃征、小埜恒夫、竹村俊彦
DOI: 10.1186/s40645-026-00799-7

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応用力学研究所　竹村俊彦　主幹教授