[일본] 도호쿠지방 태평양 지진과 지진해일이 연안 저층 생태계에 미치는 영향
~ 해저에 서식하는 미소생물의 예상치 못한 다양성 변동 ~
독립행정법인 해양연구개발기구 해양생물다양성 연구분야와 야마구치대학, 고치대학 연구팀은 프랑스, 네덜란드, 핀란드의 연구팀과 공동으로 도호쿠지방 태평양 연안 지진으로부터 5개월 후인 2011년 8월 말, 중정도의 지진해일에 피해를 입은 시모기타연안의 퇴적구조 및 화학환경, 저생생물군집 분포를 재해 후 처음으로 조사하였다. 그 결과, 해저에서 새로운 타입의 혼란이 발견되어 과거 지진해일의 복원에 도움이 될 것으로 기대된다.
연구팀은 2011년 8월, JAMSTEC 소유의 학술연구선을 이용하여 시모기타 연안의 해저 모습을 관찰하고 퇴적물을 채취하였다. 시모기타 연안은 완만한 경사를 동반한 해저지형에서 대륙사면을 거쳐 심해로 연결되어 있다. 이 대륙붕 부분은 수심 55m, 81m, 105m 3점과 심해에 이르는 사면부분의 수심 211m 지점에서 채취한 퇴적물을 분석한 결과, 상부에는 조개껍질 등이 혼합되어 있으며, 크기가 다양한 물질을 많이 포함한 퇴적물이었다. 그 중에는 “상방조립화”라는 해저면의 상부쪽으로 입도가 굵은 퇴적구조를 나타내는 지점도 있었다. 이것은 일반적으로 지진해일의 썰물에 의해 형성된다고 생각된다.
이 퇴적구조가 통상적인 해류 및 지진 후인 2011년 5월에 발생한 대형 태풍에 의한 것이 아니라, 도호쿠지방 태평양 연안 지진에 의한 지진해일에 의한 것이라는 것을 증명하기 위해 계산기에 의한 시뮬레이션을 실시하여 지진해일로 발생한 해저 각 지점에서의 압파(押波), 인파(引波)의 속도 및 태풍에 의해 발생한 수류의 강도를 추정하고, 정상적인 해류의 영향과 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 수심 105m의 지점에서는 최대 78cm/초의 압파가 있다고 추정하였다.
평상시 시모기타 연안에서 해저의 유속은 츠가루(津軽)난류에 의해 0.05~26cm/초 정도이었다. 또한 수심 80m의 유속을 계산하면 약 17cm/초였으며, 지진해일에 의한 흐름은 멀리 영향을 미치지 않는다는 것을 알았다. 또한 이번에 확인된 큰 모래입자가 이동하는 유속을 시뮬레이션한 결과, 적어도 대형 태풍정도의 유속에서는 모래입자를 이동시킬 수 없다는 것을 알았다.
이상의 결과로부터 연구팀은 이번에 관찰된 퇴적구조가 지진해일에 의한 흐름으로 형성된 것이라고 결론지었으며, 이 특징적인 퇴적구조를 “지진해일 퇴적물”이라고 인정하였다. 그리고 수심 81m의 해저면에 남아 있는 조개를 동정한 결과, 얕은 장소에 서식하는 종류로 판명되었다. 또한 저생 유공충류에 대한 조사에서도 대륙붕 부근의 수심 55m에서 59종, 수심 81m에서 63종, 수심 105m에서 49종의 유공층이 발견되어 통상적인 것보다 높은 다양성을 나타내었다. 이러한 다양한 서식환경에 있었던 유공충이 강한 흐름에 의해 운반되었기 때문에 다양한 지점의 유공충이 발견되었다고 생각된다. 이러한 유공충의 대부분은 살아 있는 상태로 채취되었으며, 예상된 활이류(乱泥流) 및 유기물 유입 등에 의한 대량사멸 등은 관찰되지 않았다.
한편, 본래 해저면에 서식하고 있는 종류가 퇴적물의 깊은 부분에 살아 있는 상태로 발견되었다. 이것은 지진해일 기원의 강한 흐름에 의해 표면에 서식하고 있는 종류가 재퇴적 시에 깊은 곳으로 유입되어 나타난 현상이라고 생각된다. 이에 비해 대륙붕에서 심해에 걸친 사면부분에서는 수심 211m 지점에서 상황이 변하여 유공충은 겨우 21종만 발견되었으며, 그 중 86%가 단일종으로 다양성이 낮은 군집이었다.
그림 1. 이번에 발견된 주요 유공층
그림 2. 수심 81m 해저 모습의 확대사진(상)과 채취된 코어(하)
그림 3. 각 지점에서 얻어진 유공충 군집의 심도 분포
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 12월 25일]
[원문보기]
東北地方太平洋沖地震と津波による下北沖底層生態系への影響を報告
―海底に生息する微小生物の予期せぬ多様性変動―
1．概要
独立行政法人海洋研究開発機構（理事長 平 朝彦、以下「JAMSTEC」という）海洋生物多様性研究分野の豊福高志主任研究員と山口大学の川村喜一郎准教授、高知大学の村山雅史教授らは、フランス、オランダ、フィンランドの研究者らと共同で、東北地方太平洋沖地震から5か月後の2011年8月末、中程度の津波におそわれた下北半島沖（以下「下北沖」）の堆積構造や化学環境、底生生物群集の分布を震災後初めて調査しました。その結果、海底における新しいタイプの擾乱が見つかり、過去の津波の復元に役立つことが期待されます。
調査では、通常の海底とは砂粒の大きさや揃い具合が異なり、短時間に溜まったと考えられる堆積構造が見られました。また、堆積物中に存在する有孔虫の群集を調べると、大陸棚付近においては通常よりも多くの種類が見つかり、高い多様性が確認された一方、大陸棚から深海に差し掛かる斜面部分では様相が一変し、単一種の有孔虫が寡占する、多様性の極めて低い状態が見られました。
さらに、計算機シミュレーションによって今回の津波による潮流速度を再現したところ、押し波が最大78cm/秒の流速が見られ、下北沖で地震後の5月に観測された大型台風によるものよりも格段に速い潮の流れが引き起こされていたことが分かりました。以上の結果から、研究チームは、観察された堆積物は「津波堆積物」であり、東北地方太平洋沖地震による津波が下北沖の生態系を激しく擾乱させたと結論付けました。
本成果は、下北沖において地震・津波が海底へ及ぼした影響をまとめた最初の報告であり、過去の津波堆積物における供給源推定の精度を高め、今後の歴史地震の調査に重要な知見をもたらすものと期待されます。
なお、本研究は日本学術振興会の科研費22684027、20740301、12F02765、23510022、21244079、25247085の助成を受けて実施したものです。本成果は、Scientific Reports（ネイチャー出版会のオンラインジャーナル）に12月17日付け（日本時間）で掲載される予定です。
タイトル：Unexpected biotic resilience on the Japanese seafloor caused by the 2011 Tōhoku-Oki tsunami
著者：豊福高志1,*, ポーリン＝デュロス1, クリストフ＝フォンタニエ2,3,4, ブライニー＝マモ1, サブリナ＝ビション3, ロザリン＝ブスカイル5, ジェラルド＝シャボー3, ブルノ＝デフランドレ3, サラ＝グーベ3, アントアネ＝グレメア3, クリストフ＝メニティ5, 藤井美南6, 川村喜一郎6, カロリナ＝A=コーホー7,8, 野田篤9, 行谷佑一9, 小栗一将1, オリバー＝ラダコビッチ10, 村山雅史11, レナート＝ド・ノーイエ12, 倉沢篤史1, 大河原にい菜1, 奥谷喬司1, 坂口有人1,6, フランツ＝ヨリセン2, ゲルトヤン＝ライヒャルト7,12 北里 洋1
1海洋研究開発機構 (JAMSTEC)
2 フランスアンジェ大学
3 フランスボルドー大学
4フランス国立海洋研究所(Ifremer)
5フランスペルピニャン大学
6山口大学
7オランダユトレヒト大学
8フィンランドヘルシンキ大学
9産業技術総合研究所
10フランス環境地球化学研究教育センター(CEREGE)
11高知大学
12オランダ王立海洋研究所(NIOZ)
2．背景
下北沖は、親潮などの影響で海洋表層の生産性が高く、植物プランクトンがよく繁茂する海域です。表層で生産された大量の有機物は、最終的に海の底に沈んでいきます。沈降している間、多くのバクテリア等が有機物を分解するために酸素を消費し、深海では貧酸素水塊が発達します。つまり海水中に残っている酸素量（溶存酸素）を調べると、有機物がどれだけ存在したか、つまり生物生産量の指標にもなります。
この溶存酸素を調べるため、研究チームは溶存酸素濃度によって住み分けている底生有孔虫という小さな生き物に着目しました（
図1）。底生有孔虫は単細胞生物で炭酸カルシウムや砂粒をセメント物質で固めた殻を持ちます。この殻は1ミリメートルにも満たない大きさで、種類によって様々な形をしています。殻は比較的丈夫なので、有孔虫が死んだ後も化石となって地層に残ります。有孔虫は種類によって様々な環境に住み分けています。したがって、地層に含まれる有孔虫を調べれば、どんな環境だったかを推定できます。当初の計画では、海底の溶存酸素量を計りながら、海底に生息する有孔虫を集め、環境と有孔虫を見比べて、これまでよりも正確な溶存酸素指標を提案することを目的としていました。
しかし2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震により、大規模な津波が東北地方太平洋沿岸各地に到来しました。下北半島も例外ではなく、高さ10mを超える津波が記録されました。そこで、本来の目的の他に、津波の影響調査を追加して研究を行い、取りまとめたのが今回の研究報告です。
3．成果
研究チームは、2011年8月、JAMSTEC所有の学術研究船「淡青丸」を用い、下北沖の海底の様子を観察し、堆積物を採取しました（
図2）。下北沖はゆるやかな傾斜を伴った遠浅の海底地形で、大陸斜面を経て深海につながっています。この大陸棚部分の水深55m、81m、105mの3点と、深海に差し掛かる斜面部分の水深211m地点において採取した堆積物を分析したところ、いずれの地点でも堆積物中の深さ数cmから10cm程度までの間に不連続面がありました。上部には貝殻などが混じっており、大きさがバラバラで粗粒なものを多く含む堆積物でした（
図3）。中には「上方粗粒化」と呼ばれる、海底面の上部に向かって粒度の粗い堆積構造を示す地点もありました。これは一般に、津波の引き潮によって形成されると考えられています。
この堆積構造が通常の海流や地震後の2011年5月に起きた大型台風（台風2号）によるものでなく、東北地方太平洋沖地震による津波によるものであることを証明するため、計算機によるシミュレーションを実施し、津波で引き起こされた海底の各地点における押し波・引き波の速度および台風によって引き起こされる水流の強さを推定し、定常的な海流の影響と比較しました（
図4）。シミュレーションの結果、水深105mの地点では最大78cm/秒の押し波があったことが推定されました。平時の下北沖における海底の流速は、津軽暖流によるもので0.05-26cm/秒程度です。また、台風2号であっても、水深80mの流速を計算すると約17cm/秒であり、津波による流れには遠く及ばないことがわかりました。
また、今回確認された大きさの砂粒が移動する流速についてもシミュレーションしたところ、少なくとも大型台風程度の流速では砂粒を移動させられないことがわかりました。
以上のことから、研究チームは今回観察された堆積構造が一連の津波による流れで形成されたと結論付け、この特徴的な堆積構造を「津波堆積物」と認定しました。
さらに、水深81mの海底面に残された二枚貝や巻き貝を同定したところ、ツキヒガイ（生息深度10-50m、
Amusium japonicum）、コベルトフネガイ（生息深度0-20m、
Arca boureardi）ムシボタル（生息深度0-20m,
Olivella fulgurata）など、浅い場所に生息する種類が見つかりました。同様に底生有孔虫類についても調べたところ、大陸棚付近の水深55mで59種、水深81mで63種、水深105mで49種の有孔虫が見つかり、通常よりも高い多様性を示しました。これは様々な生息環境にいた有孔虫が、強い流れによって運ばれてきて「ごちゃまぜ状態」になったために、様々な地点の有孔虫が同所的に見つかったためと考えられます。これらの有孔虫の多くは生きた状態で採取されており、予想していた乱泥流や有機物流入等による大量死などは観察されませんでした。一方で本来海底面に生息している種類が、堆積物の深い部分に生きた状態で発見されました(
図5)。これは、津波起源の強い流れによって表面に生息している種類が、再堆積時に深いところに巻き込まれてしまったために起きた現象であると考えられます。通常、有孔虫は種類によって生息深度がある程度決まっているため、異なる生息深度に有孔虫が生息していることは大変珍しい現象です。中でも有孔虫ブッセラ マキヤマエ（
Buccella makiayamae）は、通常は水深10m前後にしか生息していませんが、今回調査を行った水深55m、81m、105mのいずれの地点でも多く見られました。ブッセラ マキヤマエは円盤型の殻を持っており、この形が流れの影響をもっともよく受けたものと考えられます。
これに対し、大陸棚から深海に差し掛かる斜面部分では水深211m地点では様相が一変し、有孔虫はわずか21種しか見つからず、しかもそのうち86%が単一種プサモスフェラ フスカ（Psammosphaera fusca）が寡占する多様性の低い群集でした。この種類は流れや擾乱などのエネルギーが高い場所に先駆的に加入することが知られています。このことから、この地点では元々いた有孔虫の生息環境が津波によって洗い流され、その後でプサモスフェラ フスカが先駆的に加入した、つまり、調査当時は海底の生態系が再度構築される最初の過程を捉えたものと考えられます。
以上の結果から、下北沖の海底では津波による激しい潮の流れや擾乱が沖合の生態系に複雑な影響を及ぼしており、またその影響は海底地形や生物の種類によってそれぞれ異なり、必ずしも一様でなかったことが明らかになりました。これは下北沖において地震・津波が海底へ及ぼした影響をまとめた最初の報告であり、津波が海底に残した痕跡が残っているうちに海底の様子をとらえた貴重な研究例と言えます。
4．今後の展望
本成果により、津波によって底層の生態系が必ずしも壊滅的な破壊を受けるばかりではなく、様々な地点の生物群集が生息したまま大きく混ぜられるというタイプの擾乱がありうることが示唆されました。これらの知見は歴史地震を調査する上で重要となる津波堆積物の分析を行うための指標となり得るもので、特に津波堆積物の元となった砂や泥がどこから運ばれてきたのかを推定し、過去の津波規模や当時の海底環境などの復元に役立つことが期待されます。
また、今回調査を行った下北沖はリアス式の急峻な地形を示す三陸沿岸とは大きく異なっており、両者の津波の影響を比較する上でも良い対照となることが期待されます。
一方で、本調査は地震発生から5ヶ月後に行われましたが、今回観察された事象が、どれくらいの時間を経て元の様子に回復するのかは生態学的観点から興味深いところです。一般的に、環境がごく短時間のうちに大きく変化した場合、生態系は一時的に大きなダメージを受けても徐々に元通りに近づいていくと考えられていますが、たとえ元の環境に近づいても類似の生態を持つ、別の顔ぶれの種類に入れ替わる可能性もあります。研究チームでは今後経過観察を行っていくことにより、長期的な視点から地震・津波が海洋生態系に及ぼす影響を明らかにしていく予定です。
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
