山崎は何を研究しているのか…謎の人物から脱却するためウェブサイトを作りました。よろしくお願いいたします。
山崎敦子
Research
HIGHLIGHT: シャコガイ殻に残された台⾵の痕跡〜新たに発⾒ 過去の台⾵の復元指標〜
概要：本研究では台風を経験したシャコガイの殻を調べることで，これまで復元できなかった過去の台風の情報を復元する方法を発見しました。近年，地球温暖化に伴い台風をはじめとした大型の熱帯低気圧の増加が危惧されています。今後の 熱帯低気圧の発生頻度を予測には，現在よりも温暖だった時代の熱帯低気圧の頻度を調べることが重 要です。 大型の二枚貝であるシャコガイは成⻑が早く，殻は時間的に高い精度で古環境について調べられる 指標として注目されています。日本に接近する台風の通り道である沖ノ鳥島でシャコガイの殻を調べ たところ，台風通過時に殻の化学組成，成⻑線幅の変化が生じることを発見しました。本研究の成果 は，シャコガイ殻から過去の台風をこれまでにない高い時間的精度で復元できる可能性を示唆してい ます。
地球温暖化に伴い，台⾵をはじめとした⼤型の熱帯低気圧の発⽣頻度が⾼まることが危惧されています。地球には過去にも温暖な時代があったため，今後の熱帯低気圧の発⽣頻度を予測するためには，現在より温暖だった時代の熱帯低気圧の頻度を調べることが重要です。しかし，過去の熱帯低気圧の古環境記録は古⽂書や堆積物などによるものが主であり，古⽂書がない時代ではその発⽣時期まで復元することは困難でした。熱帯・亜熱帯にかけて⽣息し，最⻑で100 年以上の寿命を持つ⼆枚⾙であるシャコガイは，体内に褐⾍藻＊1 を共⽣させることで，光合成による栄養分で成⻑することができます。その殻には昼夜のリズムに対応し，数⼗マイクロメートル間隔で⼀⽇⼀本の成⻑線，⽇輪＊2 が形成されます（図1）。本研究では，沖ノ⿃島で台⾵を経験したシャコガイの殻を⽤いて，台⾵通過時に殻の化学組成や成⻑線幅の変化が台⾵の痕跡として残されているかを精査しました。
図1．沖ノ⿃島で採取されたシャコガイ（シラナミTridacna maxima）殻試料
（a）シャコガイ殻を最⼤成⻑軸に沿って切断し，切⽚を作成した。（b）殻の2 枚の切⽚。（c）化学分析に⽤いた切⽚。（d）成⻑線解析に⽤いた切⽚。(c)とは反対側の⾯なので，成⻑線を数えることで化学分析の結果と⽇付を対応させることができる。下図は四⾓部の拡⼤図。
⽇本最南端の沖ノ⿃島からシャコガイ（シラナミガイTridacna maxima）を採取し，殻の酸素安定同位体⽐＊3，バリウム＊4/カルシウム⽐の分析，成⻑線幅を計測しました。沖ノ⿃島は外洋の孤島であり，陸や⼈為起源の影響がほとんどない環境と考えられます。さらに，⽇本に接近する台⾵の通り道となっているため，台⾵の影響を捉えやすい地点でもあります（図2）
沖ノ⿃島は⽇本に接近する台⾵の通過地点となっており，1993 年から1998 年に発⽣した157 個の台⾵のうち46 個が沖ノ⿃島の500km（⼤型台⾵の半径）圏内を通過している。
検証の結果，シャコガイ殻の⽇輪を数えることで化学分析結果に正確な⽇時を対応させることができました（図3）。これにより，海洋の観測記録とシャコガイの化学分析結果の精密な⽐較が可能となります。さらに，沖ノ⿃島を台⾵が通過するタイミングに合わせて，シャコガイ殻の成⻑線の幅が減少し，バリウム/カルシウム⽐のピーク，酸素同位体⽐の増加が同時に⽣じていたことが明らかになりました（図4）。これらのシャコガイ殻のシグナルは台⾵によるストレスで成⻑が遅くなったこと，台⾵に伴った湧昇流（深層から表層に海⽔が湧き上がる現象）で海域にバリウムが供給されたこと，台⾵による海⽔温の低下を反映したものと考えられます。
シャコガイ殻の（a）バリウム/カルシウム⽐，（b）成⻑線幅，（c）炭素同位体⽐，（d）酸素同位体⽐。（e）沖ノ⿃島の実測⽔温，グラフ上の⿊丸・灰⾊丸は台⾵の通過⽇を⽰す。（f）外向き⻑波放射は値が⼩さいほど積乱雲の発達を⽰す。（g）衛星観測による海洋のクロロフィル濃度。
本研究は，シャコガイが台⾵を経験することで殻に残される特徴的なシグナルを明らかにしました。シャコガイ殻は化⽯となっても保存性がよいため，化⽯試料に応⽤することで，⼈類による記録のない時代の台⾵を今までにない精度で復元することが期待できます。
【⽤語解説】
＊1 褐⾍藻 … 海産無脊椎動物と共⽣する渦鞭⽑藻類の単細胞藻類。シャコガイは褐⾍藻を体内に共⽣させ，光合成産物や藻類⾃体をエネルギーとして利⽤できる。
＊2 ⽇輪 … シャコガイは昼と夜で⾙殻の成⻑速度が異なるため，1 ⽇ごとに殻に縞模様が形成される。
＊3 酸素安定同位体⽐ … 酸素には質量数16, 17, 18 の3 種類の原⼦（安定同位体）が存在する。⼆枚⾙やサンゴなどの炭酸カルシウム⾻格は，質量数 16 の酸素原⼦に対する質量数 18 の酸素原⼦の割合（酸素同位体⽐）が⾻格形成時の⽔温や海⽔の酸素同位体⽐（塩分）に依存することが知られている。そのため，過去の⼆枚⾙等の炭酸カルシウム⾻格を調べることで，当時の⽔温や海⽔の酸素同位体⽐を調べることができる。
＊4 バリウム … 海洋ではバリウムは表層よりも深層に多く存在し，深層では栄養塩と類似した分布をとる。深層のバリウムは海⽔が深層から表層に湧き上がる現象（湧昇流）で運ばれる。
本研究成果は，Journal of Geophysical Research‒ Biogeosciences 誌に掲載されました
HIGHLIGHT: 観測記録が不足するオマーン湾の湧昇流発生をサンゴが記録
概要：湧昇流※1は海洋表層に栄養塩を輸送するため，海洋生態系や漁業に影響を与えると考えられていますが，湧昇流の観測には海水温，塩分，栄養塩といった多くの環境情報が必要であり，これらの広範囲かつ連続的な観測には困難が伴います。一方，造礁性サンゴ※2は，海水温や海洋表層の一次生産※3量といった海洋環境の変化を，サンゴ骨格の化学組成の変化として記録することができます。本研究では，この造礁性サンゴ骨格を用いて，オマーン湾に湧昇流が発生した時期と発生期間を明らかとすることに成功しました。
世界有数の湧昇域であるアラビア海のオマーン湾における湧昇流は，季節変化するモンスーンの影響を受けて発生していることが示唆されてきました。湧昇流は深海に富む栄養塩を海洋表層に輸送することから，海洋生態系や漁業に影響を与えていると考えられます。しかし，この湧昇流の観測には，海水温，栄養塩量，海洋表層の一次生産量といった多くの観測記録が必要であり，これらの広範囲かつ連続的な観測には困難を伴います。近年，衛星観測の技術向上に伴いこれらを観測できるようになりましたが，その精度は十分とはいえません。オマーン湾でもこれらの観測記録が不足しており，湧昇流の発生頻度や発生日数を知ることは困難でした。本研究では，湧昇域の環境変動を捉えるため，これまでに様々な変動要因が挙げられている造礁性サンゴの炭素安定同位体比※4(以下，炭素同位体比)，海水温指標及び塩分指標である酸素安定同位体比※5 (以下，酸素同位体比)，Sr/Ca 比※6 の過去26 年間にわたる記録を解析し，炭素同位体比が変動する要因を検討しました。
造礁性サンゴの骨格には樹木のように年輪が刻まれ，過去の大気・海洋の環境変動が 1 週間〜1 ヶ月間程度の細かい精度で記録されています。研究グループは，アラビア海のオマーン湾に生息する造礁性サンゴ群体から長さ 71cm の骨格柱状試料を採取し，年輪を 2 週間に相当する細かさで区切って化学分析を行いました。従来，造礁性サンゴ骨格の炭素同位体比には様々な変動要因があげられており，統一的な解釈はありませんでしたが，この変動要因を精査し，観測記録，復元した海水温及び塩分変動と比較することで，炭素同位体比が過去の湧昇流を記録するか検証しました。
検証の結果，造礁性サンゴ骨格は，湧昇流発生時に起きる深層水の湧き上がりと植物プランクトンの増加を炭素同位体比の急激な減少として反映していました。また，その下がり幅が，観測記録の海水温変動から推測した湧昇流の発生期間と相関関係にあることがわかり，これにより湧昇流の発生日数を復元できるようになりました。すなわち，本研究により，造礁性サンゴ骨格を調べることで，湧昇流の過去の発生時期と発生日数を調査できることが解明されました。
本研究の成果は，100 年を超える長期の記録を復元できるサンゴを用いることで，過去の湧昇流の発生頻度と発生日数を推定できるようになったことです。さらに過去へさかのぼり，過去の湧昇流の様子を調査することで，湧昇流の発生メカニズムの理解の深化が期待されます。
［用語解説］
※1 湧昇流 … 海洋において，海水が深層から表層に湧き上がる現象のこと。
※2 造礁性サンゴ … 体内に褐虫藻（かっちゅうそう）と呼ばれる藻を共生させ，褐虫藻が光合成で得たエネルギーを利用することで骨格の成長速度を速めているサンゴのこと。造礁性サンゴの骨格は炭酸カルシウムからなり，樹木の年輪のような骨格を形成する。この年輪に沿って化学分析を行うことで，1 週間〜1 ヶ月程度の細かい精度で古環境を復元できる。
※3 海洋表層の一次生産 … 植物プランクトンが光合成により，日光のエネルギーと栄養塩から有機物を生産すること。
※4 炭素安定同位体比 … 同位体とは，同じ原子だが，質量(重さ)が微妙に異なる原子のことであり，特に，放射能を持たない同位体（壊れにくい同位体）のことを安定同位体という。炭素には質量数12 と13の2 つの安定同位体が存在するが，造礁性サンゴの骨格に取り込まれる質量数12 の炭素に対する質量数13の炭素の割合（炭素同位体比）は，骨格形成の速さ，造礁性サンゴの生物作用や周囲の海水中の無機炭素(例えば二酸化炭素や炭酸イオン)の炭素同位体比に依存することが知られている。
※5 酸素安定同位体比 … 酸素には質量数16,17,18 の3 つの酸素安定同位体比が存在する。造礁性サンゴなどの炭酸カルシウム骨格は質量数16 の酸素に対する質量数18 の酸素の割合(酸素同位体比)が骨格形成時の水温や海水の酸素同位体比(塩分)に依存することが知られている。このため，水温のみに依存する他の指標(例えばSr/Ca 比)と組み合わせて検証することで海水の酸素同位体比(塩分)を復元できる。
※6 Sr/Ca 比 … 造礁性サンゴ骨格中の陽イオンはほぼカルシウムイオン(Ca2+)であるが，ごく僅かに別の元素も含まれている。たとえば，ストロンチウムイオン(Sr2+)が造礁性サンゴ骨格に取り込まれる割合は，骨格形成時の海水温に依存することが知られているため，骨格中のSr とCa の比を検証することで，過去の海水温を調べることができる。
本研究の成果はScientific Reports誌に掲載されました。
HIGHLIGHT: 20世紀の黒潮流量の長期復元に世界で初めて成功
概要：世界最大級の海流である黒潮は熱帯から温帯へと大量の熱を運び，北太平洋の気候へ大きな影響を与えてきました。また黒潮は日本の太平洋沿岸を流れ，その流量の変動は漁業にも影響すると考えられています。本研究では，黒潮が流れ込む高知県土佐清水市竜串湾に生息する北限域の造礁サンゴの骨格から，過去150年間の黒潮流量の変化を復元しました。その結果，20世紀を通じて黒潮流量は変動幅が小さくなっており，流量が増大・安定している傾向にあることを示しました。また，流量の変動は北太平洋の気候変動であるエルニーニョ・南方振動（ENSO）と太平洋十年規模振動（PDO）の両者の影響を受けて変化していることを発見しました。
世界最大級の海流である黒潮は熱帯から温帯へと大量の熱を運び，北太平洋及び全球的な気候変動に大きな影響を与えてきたと考えられています。また黒潮は多くの海洋生物をのせて日本の太平洋沿岸を流れており，その流量の変動は日本の漁業にも影響すると考えられています。日本ではその重要性から，黒潮流量の観測が1970年から行われてきましたが，これまで長期記録がなかったため，黒潮流量と温暖化そして気候変動がどのように関係するのかは明らかになっていませんでした。本研究では，造礁サンゴの骨格記録から黒潮流量の変動を過去150年間にわたって解析し，北太平洋の代表的な気候変動であるエルニーニョ・南方振動（ENSO）※1及び太平洋十年規模振動(PDO)※2の変化と比較しました。
造礁サンゴの骨格には樹木のように年輪が刻まれ，過去の大気／海洋の環境変動が数週間という高時間解像度で記録されています。研究グループは，高知県土佐清水市竜串湾に生息する直径約1.5mの造礁サンゴ群体の骨格コアを採取し，年輪の成長報告に沿って化学分析を行いました。黒潮が流れる日本沿岸は乱流が発生し，硝酸塩が豊富な中深層の海水を表層へ巻き上げます。その硝酸塩の窒素同位体比組成の変化を表層に棲むサンゴ骨格から抽出し，その変動を調べたところ，観測されてきた黒潮流量の変動と良い相関関係にあることを発見しました。そこで，同じサンゴ骨格コアの窒素同位体比変動を過去150年に遡って分析し，黒潮流量の変動を復元しました。
本研究ではこれまで約40年間観測されてきた黒潮流量の変動記録をサンゴ骨格の化学組成を解析することにより大幅に延長し，北太平洋の長周期気候変動との関係を初めて明らかにしました。黒潮流量の変動には，150年間を通じて過去4回，大幅に減少する現象が見られました。このタイミングはアリューシャン低気圧の減少期と一致していました。さらに，黒潮流量の変動幅が150年間で小さくなっており，流量が増大した状態で安定傾向にあることを示しました。また，黒潮流量の増減はENSO及びPDOに影響されている可能性を示しました。20世紀初頭，黒潮流量はラニーニャの発生時に増大しており，貿易風の強弱により変動していました。しかし，1920年代以降はPDO指数と良い相関関係にあり，PDOが正モードの時に増大している傾向が見られました。これは熱帯太平洋東岸の水温が上昇する時に北赤道海流が北上することにより，北西太平洋の台湾以北で黒潮流量が増大するという先行研究の報告と一致していました。また1960年代以降は，PDOの正モードとエルニーニョが発生した時に黒潮流量が増大していることを示しました。
本研究の成果は，温暖化が進んできた20世紀の黒潮の挙動を初めて直接的に示したものです。今後，本研究の成果は，北太平洋の大気海洋相互作用及び気候変動のメカニズムを理解する上で重要な知見になると思われます。
図1（左）サンゴ骨格コアの軟X線画像。白黒のバンドは，季節による骨格密度の違いによるもの。1年に1本形成される。（右）サンゴ骨格コアの酸素同位体比組成の変化。水温の季節変動を示し，週～月単位でサンゴ骨格に過去の海洋環境が記録されている。
図2 サンゴ骨格の窒素同位体比の変動とENSO，PDO指数の比較
（A）1859年から2008年までのサンゴ骨格コアの窒素同位体比変動。
（B）サンゴ骨格コアの窒素同位体比変動から過去150年間の平均値を引いたグラフ。黒潮流量の増減を示している。
（C）サンゴ骨格コアの窒素同位体比と太平洋熱帯域に定められたエルニーニョ監視海域（NINO3.4）の水温の同調性を示した図。
1900年代初期のラニーニャ時に黒潮流量が増大し，1960年代以降エルニーニョ時に黒潮流量が増大したことを示す。
（D）サンゴ骨格コアの窒素同位体比とPDO指数の同調性を示した図。
1920年代以降PDOが正のモードの時に黒潮流量が増大していることを示す。
図 3 黒潮流量が増大した時の気候変動パターンの模式図
1900年代～1920年代：ラニーニャの時に北赤道海流が強化され，黒潮流量が増大。
1923年～1943年：PDOが正モードの時に，アリューシャン低気圧の強化及び北赤道海流の北上により黒潮流量が増大。
1976年～1999年：PDOが正モードの時に黒潮流量が増大するとともに，エルニーニョの発生と同じ周期で黒潮流量が増大。
［用語解説］
※1 エルニーニョ・南方振動（El Niño-Southern Oscillation；ENSO） 赤道付近の太平洋の東西において大気では海面の気圧が，海洋では水温や海流が，シーソーのように変化する現象。エルニーニョ時には貿易風が弱まり，太平洋西部の暖水塊が東進してペルー沖に達する。ラニーニャの期間には，暖水塊が存在するために西太平洋の海水温は常に高く，降水は量と変動ともに大きい。観測記録がある間では3～7年の周期で起きている。現在では，海洋では太平洋の赤道付近にブイや衛星によるエルニーニョ時の水温異常を監視する海域（太平洋西部の海域；NINO.4海域，太平洋東部の海域；NINO.3海域)が設置されている。また，大気においては南太平洋のタヒチとオーストラリアのダーウィンの気圧の差（南方振動指数；Southern Oscillation Index；SOI）がENSOの指標とされている。
※2 太平洋十年規模振動（Pacific Decadal Oscillation） 北太平洋の海水温にみられる十年～数十年規模の変動。北太平洋中央部で海水温が低い時には東太平洋沿岸において海水温が高くなり（正モード），十年～数十年規模でシーソーのように変化する。北太平洋の鮭の漁獲量の変動により発見された。この気候変動パターンは大気，海洋を通じて太平洋沿岸の天候へ伝搬すると考えられている。
本研究の成果は、学術誌 Paleocenography に掲載されました。
HIGHLIGHT: 貧栄養海域でサンゴ礁が形成される謎 ーサンゴ骨格を用いた栄養塩起源の推定法ー
熱帯・亜熱帯の海は全海洋の60％以上を占めますが、生物生産に不可欠な栄養塩（生物の生育に必要な元素—窒素、リン、ケイ素）が少なく、栄養塩の観測に困難が伴います。しかし、熱帯・亜熱帯域に分布するサンゴ礁は貧栄養海域にありながら、豊かな生態系を育んでいます（参考図1）。本研究では栄養塩が少ない中で、サンゴをはじめとするサンゴ礁の生物が取り入れる栄養塩がどこから来ているのか、サンゴ骨格の化学分析から明らかにしようと試みました。
参考図１：サンゴ礁の分布（緑色）と海洋表層の硝酸濃度の分布。サンゴ礁は硝酸濃度が低い（白い部分）に分布している。
本研究ではサンゴ骨格に微量に含まれる有機物の窒素同位体比に着目し、その測定法を開発しました。主要な栄養塩の一つである窒素の化合物はそれぞれ固有の窒素同位体比組成を持っているため、サンゴ骨格の窒素の起源物質が特定できれば、その起源物質の窒素同位体比の変動をサンゴ骨格から読み取れると考えました。そこで、石垣島の白保サンゴ礁轟川河口においてサンゴの主な窒素起源物質と考えられている海水中の硝酸とサンゴ骨格の窒素同位体比の分布を比較した結果、両者の分布が一致しました（参考図２）。
参考図２：石垣島白保サンゴ礁・轟川河口の海水硝酸とサンゴ骨格の窒素同位体比分布
この結果は、過去に形成されたサンゴ骨格の化学分析から、海水中に含まれる硝酸の起源を調べることが可能であることを示唆します。そして、日本最南端の沖ノ鳥島のサンゴ骨格を用いて、窒素同位体比の季節変動を調べました。沖ノ鳥島は外洋の孤島であり、陸からの栄養塩供給がないため、サンゴはとても貧栄養の状態で生息していると考えられます。本研究で沖ノ鳥島サンゴの窒素同位体比を測定した結果、低水温の時に窒素同位体比が高くなり、高水温の時に窒素同位体比が低くなる傾向が見られました。沖ノ鳥島では低水温のときに、海水の混合が起き、栄養塩が豊富な海洋深層から表層へ、窒素同位体比の高い硝酸が運ばれていることが分かりました。また、沖ノ鳥島を通過する台風が海水を撹拌し、栄養塩が湧昇する可能性も示しました（参考図３）。そして、高水温（貧栄養状態）のときには、海洋表層で窒素固定が活発化し、表層の硝酸の窒素同位体比は低くなることが分かりました。本研究の成果から沖ノ鳥島のサンゴ礁では栄養塩が少ない状態でも生物生産が可能なシステムが存在することが分かりました。
参考図３：石垣島白保サンゴ礁・轟川河口の海水硝酸とサンゴ骨格の窒素同位体比分布
造礁性サンゴの群体は数百年間もの間、生息環境を骨格に記録しています。本研究の成果により、栄養塩の観測記録が少ない海域、時代の情報が得られることが期待されます。海洋表層の栄養塩濃度は生物生産をコントロールし、大気中の二酸化炭素の濃度に大きく影響します。海洋における栄養塩濃度の推移と気候変動との関係をサンゴ骨格記録から明らかにできる可能性があります。また近年、人為起源の栄養塩負荷によるサンゴ礁の衰退が懸念されています。サンゴ骨格の窒素同位体比から、サンゴ礁を汚染する物質の起源を特定することにより、サンゴ礁汚染対策の手助けになると考えています。
本研究の成果は、以下の学術誌に掲載されました。
Yamazaki, A., T. Watanabe, and U. Tsunogai (2011) Nitrogen isotopes of organic nitrogen in reef coral skeletons as a proxy of tropical nutrient dynamics, Geophys. Res. Lett., 38, L19605, doi:10.1029/2011GL049053.
Yamazaki, A., T. Watanabe, N. Ogawa, N. Ohkouchi, K. Shirai, M. Toratani, and M. Uematsu (2011) Seasonal variations in the nitrogen isotope composition of Okinotori coral in the tropical Western Pacific: A new proxy for marine nitrate dynamics, J. Geophys. Res., 116, G04005, doi:10.1029/2011JG001697.
九州大学サンゴ礁地球環境学研究室 