博 士 （ 地 球 環 境 科 学 ） 山 本 美 千 代
学位論文題名
Formation of the Okhotsk Sea Intermediate Water clarified with chemical tracers
（化学トレーサーによるオホーツク海中層水形成過程の解明）
学位論文内容の要旨
オホーツ ク海で 形成さ れる低温・低塩分で新しい中層水は、千島海峡を通して太平洋ー流出し て 北太平 洋中層 水の形 成に関 与して いる。 北太平洋 中層水 は北太 平洋亜 熱帯循環域に広く存在 す る低塩 分水で 、人為 起源ニ 酸化炭素の吸収源として注目されている。したがってオホーツク海 中 層水形 成過程 の解明 は、オ ホーツク海周辺域だけではなく、全球的な地球環境を考える上でも 重 要であ る。そ のオホ ーツク 海中層水形成には、大陸棚高密度水の混合と、千島海境域での大規 模 な鉛直 混合が 重要で あると 考えられている。海氷形成時、オホーツク海北部大陸棚域では、冷 却とブライン排出によって、大気に接した新しい水から26.8び。を越える高密度水が形成される。
ほ ば結氷 温度の 大陸棚 高密度 水は同 じ密度 の太平洋 水に比 ぺて低 塩分な ため、オホーツク海中 層 水を低 温低塩 化する 効果が ある。一方、鉛直混合は、中層に水温極大（中暖水）のある太平洋 水を上下に混合することで、中層を低温・低塩分化することができる。しかし、これまでに大陸棚高 密 度水の 混合と 鉛直混 合の寄 与を量 的に比 較した例 はなぃ 。また 、オホ ーツク海の海氷面積の 年々変動は世界の海で最も大きいもののーっであり、気候変動に敏感に反応すると考えられる。し た がって 、海氷 生成量 の変化 にともなうオホーツク海中層水および北太平洋中層水の性質の変化 を 予 測 す る た め に も 、 高 密 度 水 の 寄 与 を 明 ら か に す る こ と は 重 要 で あ る 。
そこで本 研究は 、オホ ーツク海水の酸素同位体比を初めて測定し、高密度水およびオホーツク 中 層水の 形成過 程の解 明を試 みた。 海水の 酸素同位 体比と 塩分の 関係が 海氷形成時のブライン 排 出と同 位体分 別効果 によっ て特異な変化をすることから、高密度水の形成過程の解明および中 層水に混合した高密度水の識別が可能であると考えたからである。
オホーツ ク海内 部およ び千島 列島付 近の太 平洋に おいて 多数の海 水試料 を採取してその酸素 同位体比を測定した結果、オホーツク海に入る前の西部亜寒帯太平洋水とオホーツク海水とでは、
酸 素同位 体比一 塩分の 関係が 特に中 層にお いて異な ってい た。西 部亜寒 帯太平洋水は同位体比 一 塩分の 間に良 い直線 関係が みられため、この水がオホーツク海ー流入する際に海峡域で上下に 混合しただけではこのような差異は生じなぃ。また、オホーツク海内部での淡水流入の影響も直線 からのズレを生じないという結果が得られた。これらのことから、オホーツク中層で見られた西部亜 寒 帯 太 平 洋 水 と の 差 異 は 、 高 密 度 水 の 影 響 を あ ら わ し て い る と 考 え ら れ る 。
実 際 に北 部 大 陸 棚上 で 観 測 され た 水 温 ―1℃以 下 、 密 度26.7De以 上の低 温高密度 水の酸 素 同位体比一塩分の関係は、西部亜寒帯太平洋水のそれから最も大きく異なっていた。このズレの向 きと大きさから、観測された高密度水の元となった冬季混合水の塩分は32.6と見積もられる。この 値 はこれ までに 予想さ れてい た値より低いものであり、沿岸域での活発な高密度水形成が示唆さ れ る。ま た冬季 混合層 を高密 度水に 変換す るために は混合層水の3％が氷として取り除かれてい ると算出される。その場で形成されたと思われる高密度水が存在した大陸棚上の観測点において、
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学位 論文審査の要旨 主査
副査 副査 副査 副査 副査 副査 副査
教授 教授 教授 教授 教授 助教授 助教授 助教授
皆 静 男 土 正 曉 木 新 一 郎 村 公 隆
生 俊 敬 （ 大学 院 理 学 研究 科 ） 中 教 幸
塚
武 島 慶 一 郎
学位論文題名
Formation of the Okhotsk Se ．aIntermediateWater C1arifiedWithChemiCaltraCerS
（ 化 学 ト レ ー サ ー に よ る オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 形 成 過 程 の 解 明 ）
オ ホ ー ツ ク 海 は 世 界 で 最 も 低 緯 度 に 位 置 す る 季 節 海 氷 域 で あ る 。 海 氷 形 成 時 に は 、 浅 い 大 陸 棚 上 で 低 温 で 高密 度 な 水が 形 成 され る 。 太平 洋 水 に比 べ て 低温 、 低 塩 分 で 新 し い と い う 特 徴 を 持 っ オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 の 形 成 に は 、 大 陸 棚 域 に お け る 上 層 水 の 沈 み 込 み が 重 要 で あ る と 考 え ら れ て い る 。 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 は 、 や が て 北 太 平 洋 に 流 出 し 、 人 為 起 源 二 酸 化 炭 素 を 多 量 に 蓄 え た 北 太 平 洋 中 層 水 を 構 成 す る こ と か ら も 、 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 の 形 成 過 程 の 解 明 は 、 人 為 起 源 ニ 酸 化 炭 素 の 海 洋 に よ る 吸 収 を 明 ら か に す る た め に 重 要 な 意 味 を 持 つ 。 過 去 の 研 究 で は 水 温 ・ 塩 分 と い う 基 本 的 な ト レ ー サ ー か ら 、 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 の 約
50
％ は 、 大 陸 棚 起 源 の 高 密 度 水 か ら で き て い る と 見 積 も ら れ て い た 。申 請 者 の 研 究 は 、 オ ホ ー ツ ク 海 水 の 形 成 ・ 循 環 の 解 明 に 、 初 め て 酸 素 同 位 体 比 と い う 有 カ な 化 学 ト レ ー サ ー を 適 用 し 、 海 氷 形 成 時 に 沈 み 込 ん だ 水 が オ ホ ー ツ ク 海 中 層 を 北 部 大 陸 棚 域 か ら 南 ヘ 広 が っ て い る こ と を 証 明 し た 。 ま た 、 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 に 占 め る 大 陸 棚 起 源 水 の 割 合 を 約
20
％ と 見 積 も り 、 過 去 の 研 究 で 見 積 も ら れ た 値 が 過 大 評 価 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。 さ ら に 、 こ の 過 大 評 価 の 原 因 に っ い て も 議 論 し 、 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 の 形 成 に は 、 鉛 直 混 合 が 重 要 な 役 割 を 果 た し て い る こ と を 示 し た 。 申 請 者 は 、 オ ホ ー ツ ク 海 中 層 水 に 低 温 ・ 低 塩 分 な 特 徴 を も た ら す 過 程 と し て 、 海 氷 生 成 時 の 高 密 度 水 形 成 過 程 と 、 鉛 直角 若 乗 河 蒲 田 中 大
