研究者に聞く！！

「増加」のかわりに「減少」が問題となる物質もある

Q： はじめに、「シリカ欠損仮説」とはどういったものなのでしょう。

原島： 環境問題の多くは、CO₂のように増大してゆくことが問題なのですが、逆に、自然界にふんだんにあるはずのシリカ（図１、化学式はSiO₂）が減少し、ケイ藻が基盤となっている水圏生態系を変質するかもしれないという仮説のことです。 　
人口と消費の増大は農業肥料や都市排水を増加させ、この結果、窒素（N）やリン（P）など栄養塩の水圏への流入を増大させます。いわゆる富栄養化ですね。これに対し、ケイ素（Si）は鉱物の風化作用で水圏に溶け出してくるので補給量に上限があります。大ダム湖が増加するとSiがそこで沈降してしまい、海への流入分が減るため、沿岸海域でNとPに対するSiの相対比が下がると考えられます（図２）。 　
海洋の基礎生産（光合成）の大半は、植物プランクトンのうちのケイ藻によって行われていますが、彼らは殻材としてSiを必要とします。この殻はガラス質のカプセルで、表紙の顕微鏡写真のようにたいへん精緻で美しいものですが、それ以上にケイ藻が善玉プランクトンとして生態系の基盤を形成するのに役立っています。 　
これに対し、Siを必要としない植物プランクトンの中には、有害赤潮を形成する渦鞭毛藻などの悪玉プランクトンが含まれます。Siが減ることは、善玉を減退させ、その分悪玉を助長する可能性があります。

Q： では、研究の目的はどこにあるのでしょうか。

原島： 生態系の仕組みは複雑なので、このような考えも簡単には立証できないのですが、まず観測で検証することと、そしてもしそれが意味をもつと判断できれば、それに基づいた環境保全策を考えることです。

Q： この仮説はどのように形成されてきたのですか。

原島： Siの環境上での重要性が指摘され始めたのは1980年代頃でしょうか（12ページ参照）。その後、陸から海への流下量の減少が1990年頃に着目され始めました。1997年にスウェーデンの研究者が、ドナウ川のダム築造が黒海上層のシリカ低下と有害赤潮の増加に関連しているという論文を発表し、インパクトを与えました。

Q：先生ご自身は、こういった流れをどのように受け止めておられましたか。

原島： 1980年代頃から注目し、これをひとつのきっかけとして海洋観測を始めたのが後述のように1991年からです。1997年にこの結果を、ドイツの出版社の書籍に寄稿したのが最初の発表です。
ちなみに、「シリカ欠損」というのは当方の造語で （図２）「欠損」の語を加えることで、単なる自然現象だけでなく環境問題としての意識を込めたものです。ケイ藻の増殖上にSi「欠乏」が起こるのはかなり濃度が低い場合ですが、非ケイ藻類との競合の点では、この「通常のDSi濃度を顕著に下回る」という定義がよいと思います。

シリカとケイ素循環

　シリカはケイ素（Si）の化合物でケイ酸と同義に使われ、基 本的には分子式SiO₂で表される物質の総称です。鉱物態シ リカ（略号はLSi）に水が触れた時の風化作用で溶出してくる のが溶存態シリカ（DSi）で、化学式はS（i OH）₄です。ケイ藻 やイネがDSiを吸収して細胞殻やもみ殻などにしたものは生 物起源シリカ（略号：BSi）やプラントオパールなどとよばれます。

　ケイ素の循環は、①「生物地球化学的循環」と②「地質学 的循環」からなり、一部は重なっています。①はケイ藻の基 礎生産にともなって海洋上層でDSiが吸収されてBSiとな り、それが下層に沈降する途中で分解して海水の湧昇で再 び海洋上層に戻ってくる循環です。また②は①でできたBSi の一部が海底に埋没し、ケイ藻土・チャートなどを経由して （続性作用）LSiにもどる循環を指します。シリカ濃度の表し方には重量系とモル系があり、前者での6mg/Lが後者での 100μmol/Lに相当します。

■図１　「シリカとケイ素循環」模式図

シリカ欠損仮説

　人間活動はN、Pの流下を増大させる一方、大ダム等でSi の流下を減少させます。結果として、沿岸海域でSiを殻材と して必要とするケイ藻よりも、非ケイ藻類植物プランクトン が有利になる可能性があります。

　　ケイ藻は窒素栄養塩（略号はDIN）、リン栄養塩（同DIP）、 ケイ素栄養塩（同DSi）を概ね16:1:16の割合（レッドフィー ルド比）で吸収します。このため、海水のDSi/DIN比が１を下 回るかどうかがケイ藻が不利になる一応の目安になります。 本誌では、シリカ現存濃度が通常あるべき値を顕著に下回る 状態を「シリカ欠損」と定義します。以降の図では、この比と 照合するため、DIPには16を掛けた形で示します。

　　さらに、生態系における高次生物への影響に関して、シリカ が潤沢であるとケイ藻→カイアシ類動物プランクトン→魚と いう「高活性食物連鎖」が主流であるのに対し（図１）、シリカが欠乏すると非ケイ藻類→微小原生動物→クラゲという「低 活性食物連鎖」が強まるという説があります。

　　なお、大ダムとは、一般的には堤高が15m以上のダムを指し ますが、ここではむしろ平均滞留時間（容積／流量）が重要で、 それが1〜3ヶ月程度を越えるかがひとつの目安となります。

■図2　「シリカ欠損仮説」模式図