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鉄濃度(nmol/kg)酸素濃度(Umol/kg)酸素深さ、硝酸濃度における溶存鉄、硝酸、酸素の鉛直分布鉄制限を確かめる実験も行われた。
南極海、アラスカ湾や赤道太平洋で採集された海水を用いて、鉄を添加した場合と添加しない場合とで植物プランクトンの増殖に違いがあるかどうかが調べられた。
その結果、鉄を添加した場合はプランクトンの増殖速度が有意に高くなることがわかった。
このとき増殖したのは、おもに大型のケイ藻類である。
したがって、これらの大型の植物プランクトンは鉄制限をうけていたと考えられる。
現代の南極はちりの供給が非常に少ないが、南極ヴォストーク基地で採取された氷柱の分析によれば、氷期には現代の五○倍にも達するちりが降っていた。
この大量のちりは、大量の鉄を南極海に供給したことであろう。
氷柱から復元された大気中の二酸化炭素濃度および大気経由の鉄供給量との間には、逆相関の関係が認められるこのデータをMらは次のように解釈した。
氷期には強風のため南極海に多量のちりが降り、植物プランクトンはちりに含まれる鉄を利用して大増殖した。
その結果、多量の有機物が深層に沈降し(生物ポンプ)、大気中二酸化炭素が減少した。
一方、間氷期は大気経由の鉄の供給が少ないために、植物プランクトンは成長を制限され、その分大気中の二酸化炭素を除去する鉄濃度氷柱の経過年(万年)二酸化炭素&深さ(100m)たる大気からの鉄降下量と大気中二酸化炭素濃度の変動の記録ることができなくなった。
さらにMらは、南極海に鉄を散布すれば、植物プランクトンが増殖し、大気中二酸化炭素の増加を抑制できると提案した。
植物プランクトンが南極海表層の硝酸など栄養塩をすべて利用するのに必要とされる鉄の量は、数十万トン程度である。
これは大型タンカー一隻で運搬できる量である。
鉄散布によって、生物ポンプがもし一○〇%の効率で稼働したとすれば、毎年大気中に蓄積されている人為起源二酸化炭素の半分以上(炭素として一八億トン)を海洋に隔離できるというのである。
以上がMの鉄仮説である。
この仮説は海洋学者の間に激しい議論をよびおこした。
逝去したMのあとを継いだCらは、一九九五年に赤道太平洋ガラパゴス沖で鉄散布実験を実施した。
七二平方キロメートルの海域に数百キログラムの硫酸鉄を散布し、その海域を漂流ブイや染料で標識して追跡したのである。
その結果、大型植物プランクトンの増殖速度が倍加し、生物量は二〇倍に増加した。
海水の二酸化炭素分圧は約二〇%低下し、海洋から大気への二酸化炭素移動量は六〇%減少した。
またニュージーランド・O大学のBらは、このうち四0ppm分の変化は、南極海への鉄供給量がふえ、生物生産が高くなったことで説明できるとしている。
これに対して、K大のEらは、海底堆積物中に保存された浮遊性有孔虫の炭酸カルシウム殻に含まれるカドミウム/カルシウム比を使って、最終氷期の南極海では表層海水中のリン酸濃度が現代より○・六マイクロモル(マイクロは、のマイナス六乗)高かったと推定した。
このことは、氷期の南極海の生物生産は低く、二酸化炭素吸収にあまり寄与しなかったことを示している。
Eらは、むしろ氷期に発達した海氷が、海洋から大気への二酸化炭素の脱ガスを妨げ、大気中の二酸化炭素濃度を低下させたと主張している。
海洋の微量元素にまつわる謎は非常に多い。
これまで、比較的多くのデータが得られている微量元素の一つにカドミウムがある。
Mエ科大学のBは、海水中のカドミウムとリンとの間にきわめてよい相関のあることを見いだした。
この相関を利用して、有孔虫の(四)解決すべき多くの謎一九九九年にオーストラリア南方の南極海において、五○平方キロメートルの海域へ鉄散布を行った。
十三日間で植物プランクトン(おもにケイ藻)の現存量が五倍に、生産量が四倍にふえるなどの効果が見られた。
さらに、一カ月後の同海域の衛星写真には、二〇○平方キロメートルにおよぶリボン状の高クロロフィル領域が映し出され、鉄散布の影響が長期に及ぶ可能性が示された。
こうして鉄散布がプランクトン増殖に寄与することは確かめられたが、それが大気中二酸化炭素の削減策となるか否かは不確かである。
大気中の二酸化炭素を減少させるためには、生産された有機物が深層に沈降しなければならない。
しかし、これまでの実験では、有機物の沈降フラックスの増加は確認されていない。
また、鉄不足状態に適応して進化してきた生態系に多量の鉄を人為的に与えることの危険性も、よく理解されていない。
深層への有機物供給量の急激な増加は、深海に酸素欠乏を生じる恐れもある。
さらに、鉄が過去の大気中二酸化炭素濃度を支配したか否かについても、研究者の意見は分かれている。
氷期の大気中二酸化炭素濃度は約二〇0ppmであり、間氷期と比べて約八0ppm低かった。
有機配位子の正体は謎に包まれている。
さらに、生物活動や光化学反応によって、鉄は二価に還元される可能性がある。
しかし、酸化されやすい二価鉄の測定はきわめてむずかしく、その存在についても意見の一致は得られていない。
海水中で反応性の高い鉄が、栄養塩型の分布をとることも異常である。
鉄の平均滞留時間は百年程度と見積もられている。
これは代表的な栄養塩に比べると、二から三桁以上小さく、むしろスキャベンジ型の元素にふさわしい値である。
Jらは、深層水中の鉄濃度はどの海洋でもほぼ一定(○・六ナノモル)であり、その原因は有機錯体の生成にあると主張した。
しかしながら、私達がオーストラリア南方の南極海で測定した鉄の分布は、きわめて変化に富んでおり、南極周極水や南極底層水の循環を反映しているように見える。
植物プランクトンによる鉄の取り込み機構も、よくわかっていない。
かつては、植物プランクトンの成長は、フリーの鉄イオンに依存すると考えられていた。
Mエ科大学のHらは、沿岸種の円石藻(/ml/mlxとケイ藻/ml/mlxは細胞表面に特異的な鉄輸送配位子をもっており、鉄を結合することを示炭酸カルシウム殻にふくまれるカドミウムとカルシウムの比から、過去の海水中のリン酸濃度が推定されている。
しかし、生物がカドミウムとリンをなぜ一定の比率で取り込むのか、その理由はわかっていない。
鉄に関しても多くの謎がある。
まず、溶存態の化学種が問題である。
現代の分析では、○・二から○・四マイクロメートルの孔径のフィルターを通過するものを溶存態と定義する。
海水中の鉄イオンは、熱力学的には三価が安定である。
しかし三価鉄は水と反応して水酸化鉄になりやすく、イオン(フリーの三価鉄)で存在するのはごく微量である。
三価鉄は主として水酸化物錯体、あるいはそれが凝集した水酸化鉄コロイドとして存在すると考えられる。
水酸化鉄コロイドには、さまざまな大きさのものがあると予想されるので、上述の溶存態の定義には、物理化学的な根拠はない。
一方、ストリッピングボルタンメトリーという電気化学分析法によれば、海水中の溶存鉄は九九%以上が天然の有機配位子と結合した有機錯体であるとの報告がある。
またHらは、海水に添加した放射性鉄の溶解度から有機配位子の存在を推定している。
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