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アノキシアの縁：古生代の大気海洋酸化還元状態の安定性解明

缺氧的边缘：阐明古生代大气-海洋氧化还原状态的稳定性

基本信息

批准号：
22K18738
负责人：
尾崎和海
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究計画は、古生代前期（カンブリア紀からオルドビス紀）の大気中酸素(O2)濃度の安定性について、物質循環に基づく理論的見地から明らかにすることを目指している。特に、大気O2濃度が海洋酸化還元状態の遷移領域（アノキシアの縁）に位置するように決まっていたのではないかという仮説を検証する。この目的達成のため、大気海洋系の酸化還元状態を規定する主要生元素（C, P, S）の物質循環過程に内在するフィードバック機構の応答特性を考慮した理論モデルを構築し、これを古生代地球環境へと適用することで、当時の大気海洋系がアノキシアの縁に位置するよう自己調整されていた可能性を定量的に評価する。これにより古生代地球表層環境が貧酸素状態にあった必然的理由が明らかになれば、その後の富酸素な大気海洋状態へと至る地球環境と生命の共進化の全容解明への足掛かりになると期待される。初年度は、大気海洋酸化還元状態と気候状態を同時に評価できる新規の物質循環モデルの構築作業を行った。特に、研究代表者が開発を行ってきた海洋物質循環モデルCANOPSと炭素循環-気候－地殻進化を扱う理論モデルCOPSEの結合作業を行った。COPSEモデルの地殻進化モデルをCANOPSへ結合する作業は順調に行われ、地質学的時間スケールでの大気中O2濃度の動態をシミュレート可能な理論モデルの開発が完了した。モデルの詳細とソースコードは国際学術誌にて発表した。これに続き、炭素循環モジュールを開発し、その検証作業を行った。その後、これをCANOPSに結合する作業も進めたが、現時点ではモデルの動作に問題があるため、原因特定とコードの修正が必要となっている。このほか、モデル予測を検証するための地質記録（炭素や硫黄の安定同位体比）のデータ収集を行った。

This study aims to investigate the stability of acid (O2) concentration in the atmosphere during the early Paleozoic period and the basic theory of matter circulation. Special and high O2 concentrations determine the location of the migration domain of ocean acidification. To achieve this goal, the author considers the internal mechanism and response characteristics of the material cycle process of the main biogenic elements (C, P, S) in the large ocean system, constructs a theoretical framework for the application of the Paleozoic earth environment, and quantitatively evaluates the possibility of the adjustment of the acidification and recovery status of the large ocean system at that time. This is the inevitable reason why the paleozoic earth's surface environment is acid-poor, and the future acid-rich ocean state is expected to be fully compatible with the evolution of the earth's environment and life. In the first year, the state of ocean acidification and climate change will be evaluated at the same time. Special research representatives have been working on the development of marine matter cycles, carbon cycles, climate and crustal evolution theories, and on the integration of COPSE. COPSE is the first time that the Earth's crust evolves and the COPSE is the first time that the Earth's crust evolves and the COPSE is the second time that the COPSE is the first time that the Earth's crust evolves. The details of the project are presented in the International Journal. The carbon cycle was developed and tested. After the event, the CANOPS is combined with the operation, the current point is the action, the problem, the cause is specific, and the correction is necessary. The geological records (carbon and sulfur stable isotope ratios) were collected and analyzed.