[M-IS19] 冷湧水・泥火山・熱水の生物地球科学

[MIS19-03] 日本海酒田沖のメタン冷湧水域における表層堆積物中のリンの初期続成過程

*鈴村 昌弘¹、塚崎 あゆみ¹、太田 雄貴¹、宮嶋 佑典¹、吉岡 秀佳¹、清家 弘治¹、田中 美菜子²、鈴木 淳¹ (1.産業技術総合研究所、2.KANSOテクノス)

キーワード：リン、初期続成過程、メタンハイドレート、冷湧水

海洋の主要な栄養塩元素であるリンは、最終的には堆積物中に除去されてゆく。表層堆積物におけるリンの初期続成過程の詳細を評価することは、リンの長期的な生物地球化学循環を理解するために重要である。日本海東縁の酒田海丘（仮称）にはメタンハイドレート（MH）が賦存し、表層へのメタンフラックスに応じて様々な海底環境が形成されている。硫酸還元を伴う嫌気性メタン酸化（AOM）は、MH賦存域の初期続成過程を駆動していると考えられる。これまでの研究で、微生物マットの内側（IBM）、微生物マット外側の数メートル離れた地点（OBM）、MH胚胎域の外（Ref Site）から試料を採取し、酒田海丘の表層堆積物における主要及び微量元素の循環を含む地球化学的特徴について調査してきた。ここでは、さらにリンの生物地球化学について調査を行い、酒田海丘内の微生物マットを含む複数の場所で堆積物中リンの分布や形態を比較することで、リンの初期続成過程に関する新たな知見を得た。
Ref Siteでは外洋性堆積物に典型的なリンの鉛直分布が見られた。全リンと無機態リンは好気的な表層で最大値を示し、無機態リンが酸化鉄に強く吸着・濃縮されていることが示された。全リン濃度は表層5 cm以内で約半分に減少し、より深層では比較的一定であった。有機態リンは全層にわたって緩やかな減少傾向を示していた。海洋表層から堆積物に到達した易分解性有機物は堆積物中の初期続成過程に取り込まれる前に既に分解されていると考えられる。深度方向の有機態リンの漸減は、比較的難分解な成分が時間をかけて徐々に分解・無機化しているためと考えられる。
IBMの表層堆積物では無機態リンの濃縮は観察されなかった。AOMは硫化物を生成することで酸化鉄の還元を促進し、その結果、酸化鉄と結合した無機態リンが間隙水中に放出されたと考えられる。またRef Siteほどではないが、OBMの表層堆積物では無機態リンの濃集が観察された。メタンに富む流体の表層への移流が存在するIBMとは対照的に、OBMでのメタン供給は拡散フラックスに制限されている可能性がある。硫化物の生成も堆積物全体の酸化鉄を還元するには十分ではなく、少量ながら還元を免れた鉄酸化物がOBMの表面で無機態リンを吸着していると考えられる。興味深いことに、IBMとOBMでは高濃度の炭酸カルシウムが存在する深い層に無機態リンが濃縮されていた。硫酸還元を伴うAOMは、溶存無機炭素とアルカリ度の両方を増加させ、それによって炭酸塩岩の形成を促進させる。酒田海丘の微生物マット内で採取されたカルサイトに富むノジュール状の炭酸塩岩は高濃度の無機態リンを含んでいた。炭酸カルシウムの成長に伴って間隙水の溶存無機態リンが取り込まれていったと推定される。
IBMとOBMでは有機態リンもRef Siteと異なる特徴的な鉛直分布を示した。表層堆積物の有機態リン濃度はいずれの地点でも同程度であったが、堆積物の深層部ではIBMとOBMにおいて著しく低かった。これら有機態リン濃度が低い堆積物は有機物のC/P比が有意に高かった。この結果は、堆積物中での有機物の分解時に炭素よりもリンが優先的に無機化されることを示唆している。このことから、MH胚胎域内の堆積物では、AOMが駆動するプロセスが無機態リン及び有機態リンの初期続成過程に著しい影響を及ぼしていることが示唆された。
本研究は経済産業省のメタンハイドレート研究開発事業の一部として実施した。