黒猫の旅〜過去から未来まで〜: 10月 2013

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2013年10月20日日曜日

『海ゴミ』（小島あずさ＆眞淳平、2007年）

海ゴミ〜拡大する地球環境汚染
小島あずさ、眞淳平
中公新書（2007年）¥820-

ダイバーとして、海洋や地球環境に関する研究を行うものとして、海岸清掃というのには常に興味を引かれる。
東京大学が学生・教職員・事務職員用に開催している東日本大震災のボランティア活動には一度だけ参加したが、募集項目に「海岸清掃」という言葉があったからこそ参加したようなものだ（実際には荒天のため海岸にはほとんど近づけなかったが）。

ただし、本書を通して知ったのは、海岸清掃というボランティア活動のあまりに過酷な現実だ。軽々しい気持ちで行うべきものでは決してない。

海岸に漂着するゴミには回収が比較的容易なペットボトルやビニール袋などのプラスチック製品ももちろんあるが、一方で細かすぎて回収しにくいペレット（プラスチックの細かい破片）から、回収に重機を必要とするような巨大な漁具・家電製品、中には衛生上非常に危険なおむつや医療用注射器（薬物摂取用でないことを祈るばかりだが）なども多く含まれるという。

さらにゴミは海流を介して他国からももたらされ、また先進国日本は滞留時間が長く、簡単には自然界で分解されない工業製品を多数太平洋へとばらまいている。

海岸からもたらされるものが大半かと思いきや、実際には市街地から、住宅地から、河川を通じて海へと流出するものが過半数を占めているという。
これは海岸部に住む人々だけでなく、すべての人々が海洋汚染の一端を担っていることを意味する。

またアクセスの悪い遠隔の景勝地・生態系のホットスポットに溜まるゴミもまた、景観を害するものとして、生態系に悪影響を与えるものとして問題となっている。
海鳥・カメ・海生哺乳類の胃の内容物にはしばしばごみが混入し、それがさらには彼らの死に繋がることもあるという。

もう一つの問題は、ごみを回収し、処分する際の費用だ。

軽々しく清掃をしても、それを処分するには多額の費用がかかり、その費用を誰が賄うかが問題となってしまう。集めるだけ集めて、（予算が潤沢でない）地方の自治体に処分を一任することは許されない。

出てしまったゴミは回収するより他ない。一方でさらに排出されるゴミのフラックスを減らさないことには環境中に蓄積するゴミは増える一方だ。

ゴミの処分・回収に関する課題だけでなく、これは生産・消費活動全般、ひいては大量生産・大量消費・大量廃棄という現在の日本の経済・消費活動のあり方にも直結する問題であることを意識しなければ、問題は改善の方向には向かわないと思われる。

今一度、自分の暮らしぶり、ヒトと地球の共存の仕方について、各々自問する必要がある。

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2012年8月10日号のサイエンス誌にはゴミ特集が組まれているので参照されたい。

サイエンス誌2012年8月10日号のカバー写真

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またNature Geoscienceの2013年4月号の社説もまたゴミに関するものである。

＞Nature Geoscience (April 2013) "Editorial"

Message in a bottle
ボトルの中のメッセージ
海は文明の出したゴミを蓄積し続けてきた。海洋への投棄は禁止されているものの、海洋環境を保護するためにも沿岸部や河川のゴミをモニターしなければならない。

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またモントレー水族館研究所を中心とする研究グループが行った調査では、人間の活動圏に近い沿岸部のかなりの部分の海底でゴミが見つかることが指摘された。

＞Nature#7454 (20 June 2013) "Research Highlights"

Marine dumping detailed
海洋へのゴミ投棄がより詳細に
Deep-Sea Res. I http://dx.doi. org/10.1016/j.dsr.2013.05.006 (2013)
モントレー水族館研究所（MBARI）の研究グループの22年間にわたる西海岸・ハワイ島周辺海域の潜水調査から、人為起源のゴミが調査海域の1.49%という広範囲で見つかった。主にプラスチックゴミ（32%）や金属ゴミ（23%）で、2,000mを超す深海でその大部分が発見された。こうしたゴミが深海生態系に与えている影響は過小評価されている可能性があるという。
＞関連した記事（ナショナルジオグラフィックニュース）
モントレー湾の海底ゴミ
＞関連した記事（MBARIのプレスリリース、動画あり）
MBARI research shows where trash accumulates in the deep sea
＞話題の論文
Debris in the deep: Using a 22-year video annotation database to survey marine litter in Monterey Canyon, central California, USA
Kyra Schlining, Susan von Thun, Linda Kuhnz, Brian Schlining, Lonny Lundsten, Nancy Jacobsen Stout, Lori Chaney, Judith Connor

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さらに、海氷の交代とともに北極海のゴミ汚染の問題も次第に明らかになりつつある。
＞Nature#7423 (8 Nov 2012) "Research Highlights"

Litter bugs leave Arctic legacy
ゴミが北極に伝説を残す
Mar. Pollut. Bull. http:// dx.doi.org/10.1016/j. marpolbul.2012.09.018 (2012)
北極海の海底に存在するゴミの量が増えつつある。ほとんどはプラスチック製品であり、そのゴミの周りにイソギンチャクやカイメンが付着しコロニーを形成している。海氷の後退によって北大西洋海流によって運ばれるゴミが北極海にまで到達しているのが原因と考えられる。次第に蓄積しつつあるという。

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最近ちょっと目を引いたのが以下の記事だ。
＞Nature#7465 (5 Sep 2013) "Research Highlights"
Marine plastic fantastic for microbes
微生物にとって素敵な海のプラスチック
Environ. Sci. Technol. http://doi.org/m4q (2013)
海に浮かぶプラスチックゴミが新たな生命圏（プラスチック生命圏; plastisphere）を生み出していることが海洋観測から示された。周囲の海水とは異なる、複雑な食物網を形成しており、多様性も大きいという。

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以下は気になった文言集。

よかれと思って海岸を清掃しても、集めたごみが有効に再利用されずに、埋立地に入るだけという構図は、清掃活動に汗するボランティアにとって辛い事実でもある。（pp. ⅴ）

海岸に落ちている漂着ゴミは、もとをたどれば、ほとんどが陸上から川に流入し、川をつうじて海に流れ出したものなのだ。（pp. 50）
てっきり海岸からのものが大半を占めているかと思いきや、河川からもたらされるものや漁具などが大半を占めているという。

ペレットが世界中の海で見つかるという調査結果は、まさしくプラスチック片が世界の海を覆いつつあるということを意味しているのである。（pp. 82）

海岸清掃のたびに注射器が見つかるという状況は、すでに現実となっている。（pp. 117）

日本から流出したごみは、海流などの関係で、国内に漂着したり太平洋上に広く拡散したりするため、海外への漂着状況などを示すデータが少ないだけで、日本もまた大きなごみ流出国なのである。（pp. 128）
日本に流れ着くごみの中に中国や韓国由来のものが多いからといって、日本があまりごみを出していないということにはならない。

『松井教授の東大駒場講義録』『地球システムの崩壊』（松井孝典、2005・2007年）

松井教授の東大駒場講義録
松井孝典
集英社新書 (2005年) ¥700-

地球システムの崩壊
松井孝典
新潮選書（2007年）¥1,100-

東京大学名誉教授であり、現在は千葉工業大学・惑星探査研究センター所長を務める松井孝典氏の最近２つの書籍。後者は毎日出版文化賞を受賞したとのことらしい。

前者は駒場における学部１・２年生を対象にした講義「惑星地球科学Ⅱ」の内容を文章に起こしたもの。（確かこの授業を僕も受講した）

後者は「潮」「考える人」に連載された記事をもとに一部加筆したもの。世界各国への会議参加などの紀行なども、松井氏の文明観・哲学などとともに綴られており、非常に興味深い。

内容としては重複する部分が多いが、惑星探査の歴史・惑星形成論・文明観に関する内容が主であり、一部では現在の文明の持続可能性にも触れられる。

地球と知求をかけて智球（チキュウ）学という新たな学術分野を提唱しており、科学・文明・哲学の融合が試みられていることが非常にユニークである。

非常に内容が濃く、かなり集中しないと内容を読み解くことは難しいが、惑星科学に携わる人には是非一読をオススメしたい。
惑星形成史のおさらいという意味での教科書的な使い方も可能である。

日本の、いや世界の太陽系・惑星形成に関する現在の基礎を作った人といっても過言ではないが、驚かされるのは研究以外の、例えば文学・哲学といった分野の知識にも明るいことである。
松井氏のような鮮烈な存在感・思想を持った科学者に自分もなりたいと思った。

以下は気になった文言集。今回はちょっとだけ。。
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◎松井教授の東大駒場講義録

この話は科学者にとって極めて教訓的です。天文学に限らず、我々は経験やそれまでの情報をもとにして大脳皮質に内部モデルを作り、それに基づいて思考していますが、そうした「常識」を捨てたときに、科学の大発見があるわけです。（pp. 18）
常識の中にこそ非常識があり、それまでの常識を疑うことが科学的な革命へと繋がることも（海底下生命圏・プレートテクトニクス・地動説・進化論・天変地異説etc）。

今、文明に関する問題として語られているなかで、いちばん大きい問題は地球環境問題です。（中略）我々がもっている共同幻想の最たるものが右上がりという幻想ですが、それが近い未来に破れるわけですね。それによって人間圏のいろいろなところで現在のシステムの崩壊が始まるでしょう。（pp. 59）

我々はつい最近まで太陽系が一般的な惑星系と思っていました。しかし、じつは系外惑星系のほうが一般的かもしれないということです。（pp. 145）
「我々は何処から来て、何もので、何処に行くのか」を考える上で、系外惑星系にまで思考を延長することで、その答えに近づくことができるのかもしれません。

◎地球システムの崩壊
我々は、地球から材料を借りて、自分のからだを構成するさまざまな臓器をつくり、その機能を使って生きている。機能を使って生きることが重要なのであって、からだそのものが物として意味があるわけではない。我々が生きていくのに、本当に必要としているのは物ではなく、その機能なのだ。すべてを所有する必要などないのである。その機能を利用することが本質なのだと認識を改める必要がある。（pp. 37）
「経済発展や利潤の追求こそ国家や個人の最大目標である」と考える現在の先進国・途上国の認識を改めることが、真の持続的文明社会の形成へと向けた第一歩になるかもしれない。

2013年10月17日木曜日

2013年10月15日火曜日

耳石の微量元素・同位体変動は何に使えるか（Campana, 1999, MEPS_後半）

長くなったので、２つに分割します。

前半部分の論文概説（メモ）はこちら。

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応用例（１）〜資源量決定〜

・耳石の微量元素変動から魚の棲息地の違いを明らかにするには以下の２つの仮定が必要
ア）耳石の形成後、再吸収などによって耳石の元素組成が変化しないこと
イ）環境中の物理的・化学的要因によって耳石の元素組成が決定されること
そういった観点からは、Sr・Ba・Mn・Fe・Pb（おそらくLi・Mg・Cu・Niも？）が水塊の組成・温度の影響を受けやすく、適した元素である。一方で生理学プロセスに影響を受けやすいNa・K・S・P・Clは２番目の仮定が満たされず、環境復元としては適していない。

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応用例（２）〜回遊履歴〜

・魚の回遊履歴を調べる上で力を発揮するのは、環境中の元素/Ca比が大きく変化する場合であり、特に河川⇄海の回遊で顕著。中でもSr/Ca比は鋭敏に反応する。

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応用例（３）〜年齢決定〜

・耳石のSr/Ca変動の環状構造（日輪・年輪など）は「温度の季節・年々変動」「回遊パターン」「分布」「性的な成熟度」「成長速度」「生理学的要因」などによって規定されると思われ、多くの研究で変動があることが報告されている。

・成長縞とSr/Ca変動とが一致しないものもある。

・耳石の元素濃度・同位体にサイクルが見られるものがあるものの、年齢決定のツールとしては目に見える縞のほうを採用した方が確実かもしれない。

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応用例（４）〜環境復元〜

・耳石のδ¹⁸Oは水のδ¹⁸Oと同位体平衡にあり、温度計として使える。
異なる耳石のδ¹⁸Oを比較する際には、水のδ¹⁸Oが一定であれば、温度の差異について言及することが可能。ただしその際には絶対値は決定できないことに注意しなければならない。

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応用例（５）〜汚染〜

・汚染に関連した元素は石灰化に関連した他の組織に比べ、耳石にはあまり取り込まれないため、汚染の間接指標としては耳石はあまり適していない。

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応用例（６）〜生理学プロセスの指標〜

δ¹³C
・もっとも生理学プロセスを明瞭に反映するものはδ¹³Cである。

・耳石のδ¹³Cのピークや山なりになった部分は性的な成熟を反映している。

・食事やDICのδ¹³Cも耳石のδ¹³Cに影響するものの、代謝速度の影響もまた大きいため、明瞭なシグナルとして見えるかもしれない。例えば年齢とともに代謝が衰えるため、一般にδ¹³Cは年齢とともに重くなる傾向がある。

Sr/Ca
・ウナギについてはレプトセファルス幼生からガラスウナギへと変態する際に耳石のSr/Caに明瞭な変化が生じることが報告されているものの、一般には確認されておらず、ウナギにのみ例外的に生じている可能性が高い。

・ストレスや生殖活動もまたSr/Caへの影響が報告されているが、予め分かっていない限り、個々のピークの原因をそれらに求めることは難しいと思われる。

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応用例（７）〜化学物質を利用したマーキング〜

・耳石にマークを付けるための方法として、以下の２つがある。どちらもうまくいくことが示されている。

ア）染料または蛍光塗料を利用し、視覚的にマーキングを行う方法

塩酸オキシテトラサイクリン、アリザリン・レッド、オルセイン、アセタゾラミドなど

イ）高濃度試薬や同位体を用いて化学的なマーキングを行う方法

ストロンチウムやカルシウムなどの同位体が一般に使われている。

・耳石の形成後、マークが外れるという報告はなく、耳石の安定性をさらに支持する。

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今後の展望（※1999年当時）
・Sr同位体は陸の近くでは威力を発揮するかも？
※現に、河川内のSr同位体変動を利用することで孵化地域の解析に有力であることが示されている。例えば、Amano et al (2013, Aquatic Biology)など。

・U同位体は塩分の指標になる？
※どういう使われ方かはよく分かりませんが、河川水・海水の同位体比の差を利用するということでしょうか？

・Pb同位体は汚染源の特定に使える？
※サンゴ骨格などでは既に報告あり。Inoue et al. (2006, Environmental Pollution)など。

耳石の微量元素・同位体変動は何に影響されるか（Campana, 1999, MEPS_前半）

Chemistry and composition of fish otoliths: pathways, mechanisms and applications
Campana, 1999, MEPS

より。

魚の耳石に含まれる微量元素と安定・放射性同位体がどのように環境動態研究において用いられているか、またそれらはどのように測定されているかを広くレビューした論文。

いつもとはちょっと趣向を変え（~~手抜き~~）、箇条書きで論文中で気になった部分を列挙しておきます。水産屋・古気候屋をはじめとして耳石の化学分析をする人にはかなりオススメできます。

各章の要点ではなく、個人的に興味を持ったことのメモが大半なので注意してください。

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耳石の組成

・ニベ科の魚（Atlantic croaker）の場合、96.2%が炭酸塩、0.73%が微量元素で構成される不純物、3.1%が有機物（otolin）であると思われる。

・含まれる元素の比は必ずしも海水の比を反映しておらず、選択的に生物学的な濃集・希釈の効果が生じていると思われる。

・含まれる微量元素の濃度は桁で変化し、1999年時でまだ検出されていない元素も数多く存在する。

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耳石の鉱物学と結晶化

・耳石の炭酸塩中に含まれるわずかな有機物（酸性アミノ酸が多く含まれる）が石灰化において重要な役割を負っている。

・XRD分析から、耳石の炭酸塩の大部分は多結晶質のアラゴナイトであることが示されている。

・有機物がアラゴナイト／カルサイトのどちらの結晶形となるかを決定している。

・耳石は左右対称に存在する３つの部位（sagittae・lapilli・asteriscii）で構成され、前者２つはアラゴナイト、３つ目はバテライト（vaterite; ファーテル石）でできていることが大半である。

・元素によって結晶に入っているもの、間隙に捕獲されているものといろいろある。Sr・Mg・Li・Baなどは互いに相関が良いことから、似たようなプロセスで（おそらく結晶格子内に）取り込まれていると思われる。相関の悪いMnやZnなどはまた異なる方法で存在すると思われる。

・サンゴのアラゴナイト骨格と比較して耳石のSr濃度は低いため、おそらくSr²⁺がCa²⁺を置換する形で結晶格子内に取り込まれていると思われる。またCa²⁺よりもやや大きいが似た大きさのBa²⁺やPb²⁺もまた置換して取り込まれていると思われる。
こうした元素類は、温度が分別係数に影響することが期待される。

・一方、Naなどは共沈殿しているとは考えにくく、おそらく間隙に捕獲されている。

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海水起源の元素がどのようにして耳石に運ばれるか

・海水中の元素が魚の体内に入るルートとしては、鰓か腸（海水または食物）の２通りが考えられる。

・淡水魚の場合、鰓を起源とする取り込みが支配的で、逆に海水魚の場合は海水を飲むので、腸からの取り込みが支配的であると思われる。前者の場合、カルシウム濃度（つまり水の硬度）が鰓での取り込みを制限していると考えられる。後者の場合、浸透圧調整（osmoregulation）が重要と考えられる。

・海水から腸または鰓から取り込まれた元素はその後血漿に取り込まれ、さらにリンパ液に取り込まれ、最終的に耳石として沈殿する。
３つの配分面での配分のされ方は元素ごとに異なり、生理学的作用に影響されやすい元素（Na・K・S・P・Cl）とされにくい元素（Sr・Ba・Mn・Fe・Pb・Li・Mg・Cu・Ni）がある。

・海水の場合、Ca濃度は塩分によって強く影響を受けるため、「元素/Ca比」または「元素/塩分比」で見る必要がある。特に入り江や海水では塩分が著しく異なるが、元素/Ca比ではさほどの変動は見られない。

・溶媒中の元素の分配係数（D_Element=[Element/Ca]_otolith/[Element/Ca]_solution）に着目した場合、D_Srはサンゴでは1.0に近いのに対し、耳石では0.25程度である。分配はリンパ液からの石灰化作用の際に生じていると思われる。

・環境（水塊）中の濃度がそのまま耳石に反映されるわけではなく、ある元素は濃集し（D_Element>1）、ある元素は希釈される（D_Element<1）。P・Cu・Sなどは生理学プロセスに重要な元素であるため、環境には少なくとも耳石にはふんだんに存在する。Sr・Zn・Pb・Mn・Ba・Feは環境の違いをうまく反映する。またLi・Cd・Niは存在量が低く検出は難しいが、測定できれば環境記録として有望かもしれない。

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耳石中の微量元素変動を解釈するための基礎的概念

・Srの場合、環境中の濃度の違いは耳石中の濃度の違いには反映されず、あくまでSr/Ca比として考えた際に影響が見られる。

・海水のSr/Caが耳石のSr/Caに記録されることは、５つの独立した実験からも支持される。

温度の効果

・研究ごとの差異は大きいが、各種元素/Ca比において温度依存性が確認されている（Sr・Mg・K・Na・Mn・Zn・Fe）。

・特にSr/Ca比の温度依存性は正相関・負相関・相関なしという相対する結果が得られている。ただし、塩分依存性の方が環境中の温度変化よりも大きい場合がほとんどであるため、温度依存性は覆い隠されてしまう。

Sr/Caに対する様々な影響
・広く観測されていることとして、「石灰化作用はマトリックスとなるタンパク質の形成測度に比例しており、Sr/Caと反比例している」という事実が挙げられる。先に述べられたことと同じく、塩分の影響の方がはるかに大きい。

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安定同位体の変動

・OやSrの同位体（δ¹⁸Oと^87/86Sr）は水と同位体平衡にあり、同位体分別はほとんど観察されていない。

・Cの同位体（δ¹³C）は10-30%が代謝由来（食物由来）であると考えられる。残りは水中の全炭酸（DIC）由来であると考えられる。

・δ¹⁸Oは深さ方向・緯度経度・他の要因（蒸発・降水・河川流入etc）によっても変化するため、水のδ¹⁸Oの情報なしに耳石のδ¹⁸Oを解釈することは危険である。

・δ¹³CはDICのδ¹³Cとは同位体不平衡にあり、特に石灰化の際に血漿からリンパ液へと代謝由来の炭酸イオンが取り込まれることが原因と思われる。

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放射性同位体の変動

自然同位体
・魚の年齢決定のツールとして、²²⁸Th/²²⁸Ra、²¹⁰Po/²¹⁰Pb・²¹⁰Pb/²²⁶Raが用いられており、中でも²¹⁰Pb/²²⁶Raが0〜50歳以内の魚の年齢決定に活躍している。

・放射性同位体を用いた年齢決定には４つの仮定が必要
ア）耳石の形成後は閉鎖系が維持されること
イ）親核種から生成される娘核種の濃度が、他のソースによる娘核種よりも十分に小さいこと
ウ）親・娘核種の取り込み速度が耳石の成長速度に比例すること
エ）耳石の成長速度が一定か、若しくは既知であること

核実験由来の同位体
・Kalish (1993)によって初めて耳石にて大気中核実験由来の¹⁴C（ボム・ピーク）が検出された。

・ボム・ピークもまた魚の年齢決定の推定に使えるものの、水塊中のΔ¹⁴Cの違いに留意する必要がある。例えば、河川水や表層水はΔ¹⁴Cが高く（若く）、地下水や深層水はΔ¹⁴Cが低い（古い）など。

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耳石のサンプリングの仕方と測定手法

・耳石全体を分析するものとして、
ア）AAS（Atomic Absorption Spectrometry; 原子吸光法）
イ）ICP-AES（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy; 誘導結合プラズマ発光分光分析装置）
ウ）ICPMS（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; 誘導結合プラズマ質量分析器）
などが挙げられる。
またICPMSの分派として、ID-ICPMS（Isotope Dilution-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; 同位体希釈-誘導結合プラズマ質量分析器）などもある。
※他にもTIMS（Thermal Ionization Mass Spectrometry; 表面電離型質量分析器）、MC-ICPMS（Multi-Collecter ICPMS; 多重検出器質量分析機）、SF-ICPMS（Sector Field-ICPMS; セクターフィールド質量分析器）など。

・耳石の一部を（通常は成長縞に沿って）局所分析するものとして、
ア）ED-EM（Energy-Dispersive Electron Microprobes; エネルギー分散型電子マイクロプローブ）
イ）WD-EM（Wavelength-Dispersive Electron Microprobes; 波長分散型電子マイクロプローブ）
ウ）PIXE（Particle Induced X-Ray Emission; 粒子励起X線分光）
エ）LA-ICPMS（Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; レーザーアブレーション-誘導結合プラズマ質量分析器）
などが挙げられる。
※他にもEPMA（Electron Probe Micro Analyzer; 電子線マイクロアナライザ）、SIMS（Secondary Ionized Mass Spectrometry；二次イオン質量分析器）など。

※分析法・機器類の詳細は西村屋、日東分析センター、東レリサーチセンターなどが詳しい。
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後半に続く。。

黒猫の旅〜過去から未来まで〜

Main contents

2013年10月31日木曜日

新着論文（Nature#7473）

新着論文（Geology）

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新着論文（AGU・EGU）

新着論文（Science#6157）

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2013年10月21日月曜日

新着論文（Science#6156）

2013年10月20日日曜日

『海ゴミ』（小島あずさ＆眞淳平、2007年）

『松井教授の東大駒場講義録』『地球システムの崩壊』（松井孝典、2005・2007年）

2013年10月17日木曜日

新着論文（Nature#7471）

2013年10月15日火曜日

耳石の微量元素・同位体変動は何に使えるか（Campana, 1999, MEPS_後半）

耳石の微量元素・同位体変動は何に影響されるか（Campana, 1999, MEPS_前半）

新着論文（SR, Ncom, PNAS）

2013年10月11日金曜日

新着論文（Science#6155）

2013年10月10日木曜日

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2013年10月4日金曜日

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