研究成果

海洋における銅同位体比の分布を高精度で解明 -重金属元素の同位体比が海洋大循環を辿る指標になる可能性を示唆-


2014年12月08日


     高野祥太朗 化学研究所博士課程学生(独立行政法人海洋研究開発機構高知コア研究所同位体地球化学研究グループ研究生)と谷水雅治 海洋研究開発機構高知コア研究所同位体地球化学研究グループ主任技術研究員は、化学研究所、理学研究科と共同で、微量金属元素の化学分離手法(塩化ナトリウムをはじめとした塩類を効率的に除去し、微量重金属元素を高効率で迅速に回収する手法)を用いて、世界各地の海水中に溶存した銅の同位体比(65Cu /63Cu)の精密測定に成功しました。

     本研究成果は、英科学誌「Nature Communications」電子版に12月5日付で掲載される予定です。

    研究者からのコメント

     元素の環境動態を調べる上で、元素の安定同位体比は重要な鍵となります。例えば和田英太郎名誉教授は、窒素などの軽元素同位体比を用いて、生態系の動態解析に大きな成果を収められました。相対質量差が小さく、原子をイオン化しにくい重元素の同位体比分析は、近年の装置の進歩によってようやく実用化されました。しかし、海水中の重金属は濃度が低く、また主成分が分析を妨害するため、同位体比の精密測定はきわめて困難です。現在、世界の最先端研究室が分析法の開発と海洋研究への応用を競っています。本研究の成果は、本学が重元素安定同位体に基づく新しい海洋地球化学をリードしていく契機になると期待されます。

    概要

     海洋は環境中に放出された物質が大気や水圏を経由して最終的にたどり着くところであり、海洋を調べることは地球環境の変動を知る重要な手がかりの一つとなります。地球温暖化の原因と言われる二酸化炭素のほか、鉄、鉛、亜鉛、銅などの重金属元素についても産業革命以降消費量が増えており、これらが環境に与える影響を正確に把握することが求められてきています。

     これらの元素がどこから排出され、どのような経路をたどって海洋にたどり着いたのかを知るのに重要な指標として「同位体」が用いられますが、銅や亜鉛、鉄、ニッケルなどの重金属元素は海水中における同位体比の変動がごくわずかであるため、これを精密に計測することは難しく、高度な観測技術と分析手法が必要となります。このため、2008年に国際プロジェクト「GEOTRACES」が発足し、世界中で採取した海水の分析を行い、海水中に含まれる微量元素の水平・鉛直方向の濃度・同位体分布を明らかにしてきました。

     一方、JAMSTEC高知コア研究所は世界トップレベルのICP質量分析技術を有しており、高精度の同位体分析に大きく貢献してきました(2013年8月5日既報「ICP質量分析法による高精度236U定量法の確立」)。本研究グループでは、この実績を踏まえ、海水中の銅の同位体比を正確に把握する手法の確立に取り組んできました。

     今回、本研究グループは、NaやMgなどの海水主要元素をあらかじめ除去できるキレート樹脂を用いて主要元素を除去し、海水から銅を高い回収率で迅速に捕集する新たな微量元素分析手法を2013年に確立し、今回、「GEOTRACES」の一環として、この手法を用いて世界各地の海域における銅の同位体比の精密計測を行いました。その結果、世界で初めて銅同位体比の鉛直分布と海水の年齢が非常によく相関していることを見出し、銅をはじめとする微量重金属元素の同位体が海洋循環メカニズムを紐解く重要な化学トレーサーとなり得る可能性を示唆しました。


    インド洋(上)、北西太平洋(中)、北東太平洋(下)の各海域における銅濃度深度分布(左図)と、銅同位体比(青線)およびAOU(みかけの酸素消費量:黒点線)の相関関係(右図)

     

    詳しい研究内容について

    海洋における銅同位体比の分布を高精度で解明 -重金属元素の同位体比が海洋大循環を辿る指標になる可能性を示唆-

    書誌情報

    [DOI] http://dx.doi.org/10.1038/ncomms6663

    [KURENAIアクセスURL] http://hdl.handle.net/2433/192254

    Shotaro Takano, Masaharu Tanimizu, Takafumi Hirata & Yoshiki Sohrin
    "Isotopic constraints on biogeochemical cycling of copper in the ocean"
    Nature Communications 5, Article number: 5663 Published 05 December 2014

    掲載情報

    • 日刊工業新聞(12月8日 16面)に掲載されました。

    海洋における銅同位体比の分布を高精度で解明 -重金属元素の同位体比が海洋大循環を辿る指標になる可能性を示唆-
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