海洋のグローバル栄養塩循環を解明するための硝酸の窒素同位体比の極微量測定法の開発

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海洋における栄養塩類の循環は、炭素循環を介して大気中の二酸化炭素濃度をコントロールするなど、地球表層システムの主要構成要素となっているが、その変動のメカニズムは、海洋の「物理的な海水循環・混合」及び、その中での「生物による有機物の生産・分解」と多様であり、その解析には、単にその濃度の詳細な時空間分布の測定のみならず、栄養塩分子中の炭素や窒素の安定・放射性同位体比の情報を含む、より多くの情報が必要である。硝酸イオンの窒素同位体比は、海洋表層付近において、海水の鉛直混合及び生物生産の両者により、互いに異なる2つの仕方で変動することが予想でき、濃度と同位体比の情報を組み合わせることで、その変動メカニズムについての、包括的な知見(つまり、表層水の鉛直渦拡散係数と新生産速度)が得られることが期待できた。本研究では、従来の測定法(湿式還元・水蒸気蒸留法)を改良し、低濃度であるゆえに測定困難であった表層水塊中の硝酸に対して、その窒素同位体比を測定できるシステムを構築した。そして、その方法をベーリング海の表層水における硝酸の濃度と同位体比の季節変動の測定に応用し、その変動パターンを解析するための数理モデルを作成して、結果の解析を行った。その結果、ベーリング海においては、春から夏への硝酸濃度の減少期にも、夏から秋への硝酸濃度の増大期にも、表層水中での生物生産と鉛直混合が、同時に起こり、また短い時間スケールで、栄養塩濃度が上下変動を繰り返していることが示唆された。