タグ: 酸素同位体比

数年周期で，西インド洋では多雨・温暖化，東インド洋では乾燥・寒冷化することが知られており，この変化を引き起こす現象をインド洋ダイポール現象といいます。インド洋ダイポール現象は，数年周期で発生するインド洋での大気と海洋の相互作用で，発生するとインド洋周辺諸国で干ばつ，山火事，洪水などの重大な影響を及ぼします（図1）。

これまでに，インド洋の造礁性サンゴ記録を用いた研究で，20世紀の地球温暖化に伴ってインド洋ダイポールの発生頻度は増加し，西インド洋の多雨・温暖化，東インド洋の乾燥・寒冷化が激化していたことが明らかになっています。一方で，近年の気温・海水温観測では，1990年代後半から2015～2016年までの間に地球温暖化が停滞していたことが明らかになり，太平洋やインド洋など広い範囲で気温や降水量に影響を与えたことが示唆されています。地球温暖化の停滞現象は，インド洋ダイポール現象を停滞させていた可能性がありました。

そこで、北西インド洋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，2週間に相当する年輪ごとに区切って化学分析（酸素安定同位体比，Sr/Ca比）　を行いました（図2）。サンゴの骨格には樹木のように年輪が刻まれており，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。サンゴ骨格中の化学組成の変化からわかる海水温・塩分変動を基に，地球温暖化の停滞現象，北西インド洋オマーン湾の気候及びインド洋ダイポール現象の関係を調査しました。

造礁性サンゴ骨格の柱状試料には，過去26年間の海水温・塩分変動が記録されていました（図3）。この記録を検証した結果，1996年に海水温の平均値の減少（レジームシフト）と，1999年に塩分の平均値の減少が確認されました。この平均値の減少時期は，地球温暖化の開始時期に一致しており，この影響を受けたと考えられます。

次に，地球温暖化の停滞前後において，インド洋ダイポール現象発生の有無による北西インド洋オマーン湾の海水温・塩分の季節変化の違いを検討しました（図4）。その結果，地球温暖化中はインド洋ダイポール現象が発生した年の夏よりも，発生していない年の夏の方が塩分・海水温が低いことがわかりました。これは地球温暖化の停滞時には確認されませんでした。また，1999年以前の地球温暖化時において，活発だったインド洋ダイポール現象の発生に合わせて，西インド洋の海水温が変化していました。この海水温の変化がインド洋モンスーン^＊4を介してオマーンへと伝わったと考えられます（図5）。

一方で，地球温暖化停滞時は，インド洋ダイポール現象の発生の有無にかかわらず，インド洋モンスーンは強い状態を維持しており，西インド洋の海水温は低かったと考えられます。このことから，地球温暖化の停滞時に，西インド洋の海水温がインド洋ダイポール現象と独立して変動し，低下していたことが明らかになりました。

近年では地球温暖化の停滞が終わり，再び温暖化傾向にあると考えられています。過去の表層気温が異なる時代に本研究を応用することで，インド洋の気候変動メカニズムへの理解が深まることが期待されます。

本研究の成果は、以下の学術誌に掲載されました。

Watanabe, T.K., Watanabe, T., Yamazaki, A., Pfeiffer, M., Claereboudt, M. R. (2019) Oman coral δ18O seawater record suggests that Western Indian Ocean upwelling uncouples from the Indian Ocean Dipole during the global-warming hiatus, Scientific Reports, 9, 1887.

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。

Watanabe, T. K., T. Watanabe, A. Yamazaki, M. Pfeiffer, D. Garbe-Schönberg, and M. R. Claereboudt (2017) Past summer upwelling events in the Gulf of Oman derived from a coral geochemical record, Scientific Reports, 7, 4578, doi:10.1038/s41598-017-04865-5