[A-CG50] 海洋表層－大気間の生物地球化学

[ACG50-04] 表層海水中の過剰メタンの起源：炭素‧水素安定同位体組成を指標に用いた解析

*中川 書子¹、角皆 潤¹、高田 幸太郎¹、伊藤 昌稚¹、佐藤 晋太郎²、亀山 宗彦³ (1.名古屋大学大学院環境学研究科、2.北海道大学大学院理学院、3.北海道大学大学院地球環境科学院)

キーワード：メタン、海洋、水素同位体比、炭素同位体比

海洋や湖沼などの水環境は、温室効果気体であるメタン (CH₄)の主要発生源の一つである。従って水環境におけるCH₄の起源や動態を理解することは重要である。一般にCH₄は嫌気的環境で生成され、好気的環境で酸化されるという特徴をもつ。したがって水環境においてCH₄は堆積物中で生成されるが、水柱中では速やかに酸化されると考えられてきた。しかし表層海水中には、好気的環境にもかかわらず大気平衡よりもCH₄が過剰に溶存しており、古くからこの矛盾は「メタンパラドックス」と呼ばれてきた。Sasakawa et al. (2008) はCH₄のδ¹³Cを指標に用いて、この過剰CH₄の主要起源は沈降粒子と結論づけた。一方、Klintzsch et al. (2023) は室内培養した植物プランクトンからCH₄が放出されることを確認するとともに、そのδ¹³CがSasakawa et al. (2008) が報告した海水中の過剰CH₄のδ¹³Cと概ね一致することを見出した。そこでKlintzsch et al. (2023) は、植物プランクトンを海水中の過剰CH₄の主要起源として提案している。
そこで本研究では、海水中の過剰CH₄のδ¹³C値に加えてδ²H値も測定することによって表層海水中の過剰CH₄の起源を解明することに挑戦した。海洋観測と試料採水は、白鳳丸KH23-3次航海において西部北太平洋亜寒帯域と亜熱帯域で、新青丸KS24-12次航海において北緯35度付近の日本近海域で、MR24-07次航海において西部北太平洋亜熱帯域で実施し、表層海水中のCH₄濃度とそのδ¹³C値・δ²H値を測定した。海水中の過剰CH₄のδ²H値が明らかになるのは本研究が初めてである。
その結果、表層海水試料の多くは大気平衡状態と比べてCH₄が過飽和となっていることを確認した。また海水中の過剰CH₄の平均δ¹³C値を求めたところ、−40.2 ± 2.4 ‰であった。一方、過剰CH₄の平均δ²H値は−42.3 ± 4.7 ‰となり、海洋環境における一般的な有機物のδ²H 値 (−118.23 ± 35 ‰ ; Lecuyer, et al., 1998) と比べて有意に高い値で特徴づけられることが明らかになった。Sasakawa et al. (2008) は、過剰CH₄に見られた高いδ¹³C値(−33 ‰) は、沈降粒子内の還元環境下で生成したCH₄ (δ¹³C値は−60 ‰から−80 ‰前後) が酸化的な海水中に放出される過程で進行する酸化分解に起因すると解釈している。本研究で観測した高いδ²H値はこの解釈と整合的である。一方で植物プランクトンが生成したCH₄の場合、ここで見られたような高いδ²H値を説明するのは難しい。表層海水中の過剰CH₄は、沈降粒子中の微小還元環境下における生成・放出に起源をもつ可能性が高いことが、δ²H値からも支持された。