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第５回　奇岩にひそむ大気の謎

配付プリント等

• DVD『地球大紀行第４集：奇岩にひそむ大気の謎　中国・大石灰岩地帯』（約50分）。
  『地球が誕生した時、大気中の二酸化炭素量は、今よりも多かった。それがどうして今のようになったのか。大気生成の謎を中国桂林等に取材する。』
• 同『映像特典：｢二酸化炭素の大循環｣』（約10分）。
  『二酸化炭素の量を調節し、バランスをとる仕組み。生物と地球両方の二酸化炭素固定の巧妙なメカニズムを紹介。』
• プリント�C２枚。出席票。
  【1枚目表】（二酸化炭素の分布と動き、サンゴ礁について）
  図10…『二酸化炭素問題を考える』（48p）
  第1図、第3図、第4図、第1表、第7図、写真1…『地球規模のＣＯ２循環におけるサンゴ礁の役割』（6,7,8,10p）
  図6.14、表6.5…『化学の目でみる　地球の環境−空・水・土−』（111,113p）
  図2…『二酸化炭素問題を考える』（149p）
  【1枚目裏】（大気中の二酸化炭素の変動）
  図1、図11…『二酸化炭素問題を考える』（11,48p）
  【2枚目表】（石灰岩の分布）
  第1図、第2図…『石灰石鉱業の現状と課題』（24,25p）
  第1表…『微化石に基づく後期第四紀海洋環境の復元』（7p）
  （右下の図）…『海洋の微細藻類』〔茅根　創（1993）：地質ニュース、465号、42p〕
  【2枚目裏】（海洋における二酸化炭素、など）
  図2-32、図2-36、図2-37、図2-45、図2-55、図2-56…『地球の水圏−海洋と陸水』（67,70,71,84,98,100p）
  第4図…『過去の生物生産量はどのようにして推定するのか』（24p）
  図3、図5…『光環境と生物の進化』（7,10p）
• 補足説明：　
  �@ケイ酸塩鉱物の風化過程と炭酸塩鉱物の堆積過程：
  �Aサンゴ礁は大気中のCO2を増加させるか？：⇒『茅根（1990）』
  �Bサンゴ礁は大気中のCO2を減少させるか？：⇒『茅根（1990）』

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』ページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 時間切れで説明していない内容。
  �C全炭酸濃度および各炭酸の割合のpHとの関連：
  　【見る→】

• 『物質循環とは』のページの『炭素循環』の特に『茅根（1990）』を参照。
• サンゴ礁については、『サンゴ礁について』のページを参照。とくに、日本サンゴ礁学会、国際サンゴ礁研究・モニタリングセンター、熱帯海洋生態研究振興財団阿嘉島臨海研究所（AMSL）を参照。
• 小出良幸氏による『奇岩に秘められた大気の謎』を参照。
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』で主な項目について調べることができます。
  ■グリーンランド〔デンマーク領〕（Greenland）／ハワイ島（Hawaii (island)）／桂林市（Guilin）／グレート・バリア・リーフ（Great Barrier Reef）／
  ■Category:珊瑚礁（Category:Coral reefs）／サンゴ礁（Coral reef）／サンゴ（Coral）／Category:刺胞動物（Category:Cnidarians）／刺胞動物（Cnidaria）／褐虫藻（Zooxanthella）／腕足動物（Brachiopod）／石灰岩（Limestone）／鍾乳石（Stalactite）／方解石（Calcite）／
  ■光合成（Photosynthesis）／炭水化物（Carbohydrate）／
  ■風化（Weathering）／
  ■炭素循環（Carbon cycle）／二酸化炭素（Carbon dioxide）／溶存無機炭素（Dissolved Inorganic Carbon、Total inorganic carbon）／炭酸（Carbonic acid）／
  ■水素イオン指数（pH）／

【炭酸塩岩（おもに石灰岩）の分布】
　炭酸塩岩（Carbonate rock）はほとんどの場合は石灰岩（Limestone）であるが、ドロマイト（苦灰岩、ドロストーン、Dolomite、Dolostone）も一部に含まれる。

• 〔牧　雄一郎・松本仁之（2000）：石灰石鉱業の現状と課題．地質ニュース、547号、23-35．【見る→】から〕 石灰岩は世界中に広く分布するが、特に中国などに多い。

【刺胞動物であるサンゴの体】
　サンゴ（Coral）は動物であるが、ポリプ（Polyp）に共生する褐虫藻（Zooxanthella）が光合成（Photosynthesis）を行い、石灰質の骨格を形成する。

• 〔日本サンゴ礁学会の『サンゴ礁Q&A』から〕

【サンゴと共生する褐虫藻】

• 珊瑚礁を造る珊瑚、造礁珊瑚の表面は多数のポリプにおおわれています。ポリプには褐虫藻が共生していて珊瑚の成長を促進しています。褐虫藻が光合成によって作り出す有機物と酸素は珊瑚の成長を助け、珊瑚の排泄する窒素と二酸化炭素は褐虫藻の成長を助けているからです。造礁珊瑚は25度から29度の海水温の海域で生息していますが、海水温が30度を越すと死滅し、いわゆる珊瑚の白化が起こります。 〔国立科学博物館の『微小藻の世界』の『藻類のすみか』の『共生の藻』から〕 褐虫藻の大きさは１０ミクロン（１／１００ミリ）程度。表面積１平方センチあたり１００〜３００万個も共生している。 ⇒『褐虫藻・小さいけれど大事な存在』

【サンゴ礁の分布】
　サンゴ礁（Coral reef）は造礁サンゴの群落によって作られた地形である。

• サンゴ礁の型と分布（数字は分布するサンゴの属数を示す） 〔日本サンゴ礁学会の『サンゴ礁Q&A』から〕

参考

• ※サンゴ礁は『CO2を吸収するか/放出するか』の議論についての詳細は次の論文を参照：
  茅根　創（1990）：地球規模のCO2循環におけるサンゴ礁の役割．地質ニュース、436号、6-16．（2011年3月号で廃刊）
  山田興一（1993）：サンゴ礁CO2吸収/放出説の論点．地質ニュース、465号、43-44．（2011年3月号で廃刊）
• pHについては『野外調査について』のページの『pH』の部分を参照。

【海水（表層）のpH】
　海水（Seawater）のpH〔水素イオン指数、水素イオン濃度指数、ピーエイチ、ピーエッチ、ペーハー（ドイツ語読み）、pH〕は、7.5〜8.4程度の中性〜弱アルカリ性（塩基、Base）である。

• This world map of ocean acidity shows that ocean pH varies from about 7.90 to 8.20 but along the coast one may find much larger variations from 7.3 inside deep estuaries to 8.6 in productive coastal plankton blooms and 9.5 in tide pools. The map shows that pH is lowest in the most productive regions where upwellings occur. It is thought that the average acidity of the oceans decreased from 8.25 to 8.14 since the advent of fossil fuel (Jacobson M Z, 2005). 〔Anthoni,J.F.氏によるThe chemical composition of seawaterから〕

【大気CO2濃度と海水pH】

• Summary of surface ocean carbon chemistry with rising atmospheric CO2 levels Air-sea gas exchange is a physico-chemical process, primarily controlled by the air-sea difference in gas concentrations and the exchange coefficient, which determines how quickly a molecule of gas can move across the ocean-atmosphere boundary. It takes about one year to equilibrate CO2 in the surface ocean with atmospheric CO2, so it is not unusual to observe large air-sea differences in CO2 concentrations. Most of the differences are caused by variability in the oceans due to biology and ocean circulation. The oceans contain a very large reservoir of carbon that can be exchanged with the atmosphere because the CO2 reacts with water to form carbonic acid and its dissociation products. As atmospheric CO2 increases in the future, the interaction with the surface ocean will change the chemistry of the seawater. The total dissolved inorganic carbon (DIC) content of the waters will increase. Because CO2 is an acid gas, the carbonate ion (CO32-) concentration and pH of the surface waters will decrease. The physiological effects of these changes on ocean biology are not fully understood, but studies have suggested that these changes may decrease calcification rates in coccoliths, corals, and coralline algae. 〔NOAAのPMEL CO2 Programから〕 現在の海水は pH 8.15 程度であるが、大気中二酸化炭素濃度が２倍になれば pH 7.91 に、３倍になれば pH 7.76 になると予想される。

  
  

  〔UNESCOのAn International Science Symposium（10-12 MAY 2004）でのYoshihisa Shirayama氏による『Biological impacts on marine organisms in a high-CO2 world (3 MB ppt)』から〕

【IPCCによるCO2上昇の予想】

• ※地球温暖化については『地球温暖化とは』のページを参照。
• 気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental Panel on Climate Change、IPCC）は、ほぼ５年ごとに評価報告書 を公開している。最新のものは 第四次評価報告書（IPCC Fourth Assessment Report）であり、2007年に公開された。この図は、第三次評価報告書からのものであるが、基本的にはさほど変わらない。
  

  図SPM-5：21世紀の地球の気候は，自然の変化と気候システムの人間活動に対する応答で決まることになる。 　気候モデルは，温室効果ガスやその他の人間活動に関係する排出の種々のシナリオに対する多くの気候変数の応答−地球の地上気温や海面水位の上昇−を予測する。（a）には，六つのSRESシナリオ（ボックス参照）を、第二次評価報告書と比較するためにIS92aとともに，二酸化炭素の排出量を示している。（b）は，二酸化炭素濃度の予測を示す。（c）は，人為起源の二酸化硫黄の排出量を示す。その他のガス及びその他のエーロゾルの排出量も気候モデルに含まれているが，図には示してない。（d）と（e）は，それぞれ，気温上昇と海面水位上昇の予測を示す。（d）と（e）の「いくつかのモデルによるすべてのSRESシナリオ包絡線」は，ある範囲の気候感度を持つ多数の複雑な気候モデルで調整した簡便な気候モデルによる気温と海面水位上昇をそれぞれ示す。「すべてのSRES包絡線」は，全35個のSRESシナリオによる範囲を表している。「すべてのSRESシナリオに対するモデル平均の包絡線」は，シナリオの範囲に対するモデルの平均を表している。これらの排出による気温上昇と海面水位上昇の双方とも2100年のずっと先まで続くことに注意されたい。また，ここで示した範囲は，西部南極氷床の氷の力学的変化に関係した不確実性は考慮していないこと，また，硫酸エーロゾル以外のエーロゾルや温室効果ガスの濃度の予測の不確実性も考慮していないことにも注意されたい。 ［（a）は第3章図3.12，（b）は第3章図3.12，（c）は第5章図5.13，（d）は第9章図9.14，（e）は第11章図11.12，付録2に基づく］ 〔気象庁の『気候・環境の情報』の『IPCC第三次評価報告書』の『IPCC第三次評価報告書〜第一作業部会報告書　気候変化2001　科学的根拠〜政策決定者向けの要約（気象庁訳）』から 〕

【海水酸性化による炭酸カルシウムの溶解予想】
　海洋における炭酸塩（Carbonate）鉱物〔主に炭酸カルシウム（Calcium carbonate）〕の安定性については、炭酸塩補償深度（Carbonate compensation depth、CCD）と呼ばれる深さより以深では溶解することが知られており、その深度は炭酸塩鉱物を含む生物組織の違いだけでなく、温度・圧力・イオン濃度〔反応に関係するカルシウム（Calcium）イオンと炭酸水素イオン（重炭酸イオン、炭酸水素塩、重炭酸塩、Bicarbonate、Hydrogencarbonate）など〕にも影響される。海水が酸性化すると、CCDはより浅くなり、さらに全般的に炭酸カルシウムは溶解しやすくなることが予想される。

• 〔（独）海洋研究開発機構の地球環境フロンティア研究センターの中の『二酸化炭素濃度上昇がもたらす海洋酸性化による海洋の生物に迫る危険』から〕 ⇒Movie of this surface saturation state (with respect to aragonite) during the 21st century