黄砂が海の生態系を育むって本当？

• 電子顕微鏡-カソードルミネッセンス分析（SEM-CL）（※1）を海水中に僅かに含まれる石英粒子に応用したユニークな手法により、西部北太平洋亜寒帯域への黄砂（※2）の沈着フラックス（※3）と季節性を明らかにした。
• 海洋の植物プランクトンの必須微量栄養素“鉄”の主要な供給源について、4割程度が、黄砂などにより、大気を介して海洋表層にもたらされていることがわかった。
• 我々の暮らしや健康に悪影響を与える黄砂が、海洋においては鉄の供給を通じ、西部北太平洋の海洋生態系を支える重要な役割を果たしていることが量的に裏付けられた。

　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 地球表層システム研究センターでは、現在進行するさまざまな環境変化が海洋生態系に与える影響を調べるため、観測点 K2（北緯47度、東経160度、図1）を中心とした西部北太平洋亜寒帯域での大気・海洋観測を2005年から行っています。同センターの長島佳菜 副主任研究員らは、北海道大学、広島大学、九州大学の研究者と共同で、海洋に沈着する黄砂のフラックスを定量的に評価する分析手法を新たに開発し、海洋への黄砂沈着フラックスとその季節性の解明に成功しました。
　本研究ではさらに、黄砂が海洋へと沈着した際に、一部の鉱物粒子から海水へと溶け出す“鉄”（溶存鉄※4）の量が、西部北太平洋亜寒帯域の海洋の基礎生産（※5）に影響を与えるほど多いかを調べました。鉄は、植物プランクトンが光合成を行う上で必須の栄養素ですが、北太平洋亜寒帯では海洋表層の鉄の不足によって基礎生産が制限されています。一方、海洋の基礎生産は、二酸化炭素の取り込みを通じて、大気中二酸化炭素の海洋吸収を促進する役割を果たしているため、黄砂による鉄供給は、基礎生産を通じて、当海域の二酸化炭素の吸収量にまで影響を及ぼす可能性があります。
　そこで、海洋への黄砂沈着フラックスを基に、黄砂が当海域の表層に供給する溶存鉄の量を計算しました。その結果、海洋の基礎生産が高まる4-7月において、1日あたり0.9 ± 0.3 μg m−2であることが分かりました。この量は、当海域の主要な鉄供給源として近年大きな注目を浴びている、海洋中層から表層へと供給される溶存鉄の量（本研究での推定：1日あたり約2.2 μg m−2）の半分近くに達し、黄砂は海洋中層水に次ぐ溶存鉄の供給源であることが分かりました。大気を介した海洋への鉄供給源として、黄砂に加え化石燃料の燃焼過程などに伴う人為起源エアロゾル（※6）が知られています。人為起源エアロゾルによる溶存鉄の供給量は、黄砂の半分程度と見積もられており、これに黄砂による溶存鉄を合わせた“大気を介した溶存鉄供給”の総量は、海洋中層からの溶存鉄供給を含めた全体の鉄供給の4割程度を担っていることも明らかになりました。
　この結果は、東アジアに住む人々の健康に悪影響を及ぼす“悪者”と捉えられてきた黄砂や人為起源エアロゾルが、海洋においては、鉄の供給を通じて海洋基礎生産を支える大きな役割を果たしていることを意味します。黄砂や人為起源エアロゾルの将来的な発生量・輸送量の変化が、西部北太平洋亜寒帯域の生態系やこの海域の二酸化炭素量吸収量を変えることが予想され、今後注視していく必要があります。
　本成果は、「Scientific Reports」に9月29日付け（日本時間）で掲載されました。なお、本研究は日本学術振興会科学研究費（JP19H05669、JP20H04329、JP20H04350）の助成を受けました。

※1 電子顕微鏡-カソードルミネッセンス分析（SEM-CL）：固体物質に電子線を照射した際に、固体中の構造欠陥や不純物元素等に応じて放出される発光現象（カソードルミネッセンス）を利用し、電子顕微鏡を用いて固体の電子状態を調べる分析法。
※2 黄砂：中国やモンゴルの乾燥域において、強風によって大気中へと巻き上げられ、偏西風によって東の風下域へ運搬される砂塵のこと。
※3 沈着フラックス：単位時間・単位面積当たりの沈着量。
※4 溶存鉄：水の中で溶けた状態の鉄のこと。植物プランクトンが取り込みやすい。
※5 海洋の基礎生産：植物プランクトン等の藻類などによる光合成によって、炭素を含む無機物（主に二酸化炭素）から有機物が生産されること。
※6人為起源エアロゾル:人間活動によって排出され、大気中を浮遊する、硫酸塩・硝酸塩などの微小粒子。人為起源エアロゾルに含まれる鉄は水への高い溶解率を示し、海洋の植物プランクトンが利用する鉄の供給源として重要な役割を果たしているとの報告がある。（2019年5月2日既報）

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掲載誌：Scientific Reports
タイトル：Asian dust‑deposition flux to the subarctic Pacific estimated using single quartz particles
著者：長島佳菜1、川上創1、杉江恒二1、藤木徹一1、西岡純2、岩本洋子3、竹村俊彦4、宮川拓真1、竹谷文一1、野口真希1
1. 海洋研究開発機構、2.北海道大学、3.広島大学、4. 九州大学
DOI: 10.1038/s41598-023-41201-6

応用力学研究所　竹村 俊彦　主幹教授