JP2003004718A - 海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法 - Google Patents
海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法Info
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- JP2003004718A JP2003004718A JP2001192471A JP2001192471A JP2003004718A JP 2003004718 A JP2003004718 A JP 2003004718A JP 2001192471 A JP2001192471 A JP 2001192471A JP 2001192471 A JP2001192471 A JP 2001192471A JP 2003004718 A JP2003004718 A JP 2003004718A
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- carbon dioxide
- measuring
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- total alkalinity
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法に関し、
沿岸地域の炭酸ガス固定能力を評価する手法と機器を提
供する。 【解決手段】炭酸ガス固定量を測定するに際し、一般に
使われるＤＯの代わりに本発明では海水の二酸化炭素分
圧（ｐＣＯ２）を観測し、この分圧とｐＨを用いて海水
中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出してＩＰ
とＯＰを求める。即ち本発明は、対象海域の海水につい
て一定期間、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イオン
濃度（ｐＨ）、水温（ＴＫ）、塩分（Ｓ）及び全アルカ
リ度（Ａｔ）を測定する段階、該二酸化炭素分圧及び該
全アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正
する段階、該海水の測定値から後記計算に必要な係数を
計算する段階、該一定期間中の該二酸化炭素分圧及び該
補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に応じて該係
数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量
（ＯＰ）の少なくとも一方を計算する段階から成る海洋
生物の炭酸ガス固定量の測定方法である。
沿岸地域の炭酸ガス固定能力を評価する手法と機器を提
供する。 【解決手段】炭酸ガス固定量を測定するに際し、一般に
使われるＤＯの代わりに本発明では海水の二酸化炭素分
圧（ｐＣＯ２）を観測し、この分圧とｐＨを用いて海水
中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出してＩＰ
とＯＰを求める。即ち本発明は、対象海域の海水につい
て一定期間、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イオン
濃度（ｐＨ）、水温（ＴＫ）、塩分（Ｓ）及び全アルカ
リ度（Ａｔ）を測定する段階、該二酸化炭素分圧及び該
全アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正
する段階、該海水の測定値から後記計算に必要な係数を
計算する段階、該一定期間中の該二酸化炭素分圧及び該
補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に応じて該係
数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量
（ＯＰ）の少なくとも一方を計算する段階から成る海洋
生物の炭酸ガス固定量の測定方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、海洋生物の炭酸
ガス固定量の測定方法に関し、より詳細には、沿岸海域
の海水の無機炭素生産量（ＩＰ）や有機炭素生産量（Ｏ
Ｐ）で表される炭酸ガス固定量の測定方法、並びにその
ためのプログラム、装置及びこの装置を装備した船舶な
どの水上プラットホームに関する。
ガス固定量の測定方法に関し、より詳細には、沿岸海域
の海水の無機炭素生産量（ＩＰ）や有機炭素生産量（Ｏ
Ｐ）で表される炭酸ガス固定量の測定方法、並びにその
ためのプログラム、装置及びこの装置を装備した船舶な
どの水上プラットホームに関する。
【０００２】
【従来の技術】沿岸海域は外洋に比べて地形が複雑で、
潮汐などの短時間の海象現象の影響を受けやすく、河川
などの陸域からの影響も大きい特徴がある。しかも、生
態学的にも複雑多様で、外洋に比べて単位面積あたりの
生産量が大きく、その潜在的ＣＯ２固定能力は外洋に比
肩すると見込まれている。また、多くの場合、人間の生
活圏と接近しており、相互の影響が大きく、近年では地
球温暖化による海水順上昇や、環境破壊の影響を最も受
けやすい地域の一つである。このため、ＩＧＢＰ(the I
nternational Geosphere-Biosphere Programme)のコア
プロジェクトの１つであるＬＯＩＣＺ(Land-Ocean Inte
ractions in the Coastal Zone)では、沿岸海域などを
広く観測し、モデル構築、データベース化することを目
的とした国際的研究が進められている。既に、ＬＯＩＣ
Ｚにおいて一般的な解析モデル・手法等はほぼ完成して
おり、我が国でも東京湾などの限られた地域での解析例
がある。しかし、現状では、効率的な観測手法がなく観
測に多大の費用、労力、期間を必要とするため、河口な
どの汽水域、内湾、藻場、サンゴ礁・マングローブ林に
代表される熱帯・亜熱帯海域など、空間的・時間的・生
態学的構造が複雑かつ多様な沿岸海域を対象とするので
具体的な炭酸ガス固定能力の評価は、ほとんどの地域に
おいて未検討である。このため、沿岸地域の炭酸ガス固
定能力を客観的、かつ、効率良く評価する手法と機器を
提供することは、沿岸域の計測機器及び観測産業にとっ
て、大きな利用価値があり、今後、森林の炭酸ガス固定
量と同様に、沿岸海域の炭酸ガス固定量が、国際的に我
が国の炭酸ガス固定量と見なされるようになれば、上記
計測機器及び観測産業分野に非常に大きな成長が見込ま
れる。
潮汐などの短時間の海象現象の影響を受けやすく、河川
などの陸域からの影響も大きい特徴がある。しかも、生
態学的にも複雑多様で、外洋に比べて単位面積あたりの
生産量が大きく、その潜在的ＣＯ２固定能力は外洋に比
肩すると見込まれている。また、多くの場合、人間の生
活圏と接近しており、相互の影響が大きく、近年では地
球温暖化による海水順上昇や、環境破壊の影響を最も受
けやすい地域の一つである。このため、ＩＧＢＰ(the I
nternational Geosphere-Biosphere Programme)のコア
プロジェクトの１つであるＬＯＩＣＺ(Land-Ocean Inte
ractions in the Coastal Zone)では、沿岸海域などを
広く観測し、モデル構築、データベース化することを目
的とした国際的研究が進められている。既に、ＬＯＩＣ
Ｚにおいて一般的な解析モデル・手法等はほぼ完成して
おり、我が国でも東京湾などの限られた地域での解析例
がある。しかし、現状では、効率的な観測手法がなく観
測に多大の費用、労力、期間を必要とするため、河口な
どの汽水域、内湾、藻場、サンゴ礁・マングローブ林に
代表される熱帯・亜熱帯海域など、空間的・時間的・生
態学的構造が複雑かつ多様な沿岸海域を対象とするので
具体的な炭酸ガス固定能力の評価は、ほとんどの地域に
おいて未検討である。このため、沿岸地域の炭酸ガス固
定能力を客観的、かつ、効率良く評価する手法と機器を
提供することは、沿岸域の計測機器及び観測産業にとっ
て、大きな利用価値があり、今後、森林の炭酸ガス固定
量と同様に、沿岸海域の炭酸ガス固定量が、国際的に我
が国の炭酸ガス固定量と見なされるようになれば、上記
計測機器及び観測産業分野に非常に大きな成長が見込ま
れる。
【０００３】沿岸海域の炭酸ガス固定能力は、基本的に
は対象海域の海洋生態系の炭素代謝量を観測することに
より測定できる。一般に、海洋生態系の炭素代謝量の指
標として無機炭素生産量（ＩＰ）と有機炭素生産量（Ｏ
Ｐ）が使用され、ＩＰは貝殻やサンゴ骨格などの炭酸カ
ルシウムの生成、ＯＰは植物の光合成による炭水化物の
生成に対応し、次式の関係がある。 ここで、Ｃｔは海水の全炭酸、Ａｔは全アルカリ度、Ａ
ｔとＣｔの観測前後の値を添字ｉ、ｅで表せば、ΔＡｔ
＝Ａｔｅ−Ａｔｉ、ΔＣｔ＝Ｃｔｅ−Ｃｔｉである。す
なわち、ＡｔとＣｔの変化を測定すれば対象海域の海洋
生態系の炭素代謝量を求めることができる。しかし、Ａ
ｔとＣｔを直接測定する方法は完全自動化が困難、保守
瀕が頻繁、消費電力が大といった難点があり、沿岸海域
のように空間的・時間的・生態学的構造が複雑かつ多様
な海域を対象とする小型・多点計測システムには適用困
難である。このため、現状では、小型で消費電力の少な
い溶存酸素（ＤＯ）及びｐＨ電極を用いる、いわゆる呼
吸計が使用される場合が多いが、サンゴ礁などの生物活
動が高くＯＰが大きい海域では、酸素が飽和し大気中に
酸素が急激に放出されるためＤＯは大きな観測誤差を与
える。
は対象海域の海洋生態系の炭素代謝量を観測することに
より測定できる。一般に、海洋生態系の炭素代謝量の指
標として無機炭素生産量（ＩＰ）と有機炭素生産量（Ｏ
Ｐ）が使用され、ＩＰは貝殻やサンゴ骨格などの炭酸カ
ルシウムの生成、ＯＰは植物の光合成による炭水化物の
生成に対応し、次式の関係がある。 ここで、Ｃｔは海水の全炭酸、Ａｔは全アルカリ度、Ａ
ｔとＣｔの観測前後の値を添字ｉ、ｅで表せば、ΔＡｔ
＝Ａｔｅ−Ａｔｉ、ΔＣｔ＝Ｃｔｅ−Ｃｔｉである。す
なわち、ＡｔとＣｔの変化を測定すれば対象海域の海洋
生態系の炭素代謝量を求めることができる。しかし、Ａ
ｔとＣｔを直接測定する方法は完全自動化が困難、保守
瀕が頻繁、消費電力が大といった難点があり、沿岸海域
のように空間的・時間的・生態学的構造が複雑かつ多様
な海域を対象とする小型・多点計測システムには適用困
難である。このため、現状では、小型で消費電力の少な
い溶存酸素（ＤＯ）及びｐＨ電極を用いる、いわゆる呼
吸計が使用される場合が多いが、サンゴ礁などの生物活
動が高くＯＰが大きい海域では、酸素が飽和し大気中に
酸素が急激に放出されるためＤＯは大きな観測誤差を与
える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、本発明にお
いては、ＤＯの代わりに海水の二酸化炭素分圧（ｐＣＯ
２）を観測し、このｐＣＯ２とｐＨを用いて海水中の炭
酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出してＩＰとＯＰ
を求める原理に基づく、ｐＣＯ２−ｐＨ連続長期観測装
置を試作し、実海域での観測を試みた。しかし、炭酸ガ
ス固定量の見積もりにあたり、以下の２つの問題が挙げ
られる。 １）ｐＨの測定精度、特にｐＨ電極のドリフトがＩＰと
ＯＰを求める場合の主要な誤差要因であり、ｐＨ電極の
ドリフト補正が不可欠である。一般に、ｐＨ電極はその
物理化学的環境の影響を受けて測定値がドリフトするた
め、定期的にｐＨ標準液で校正する必要がある。しか
し、広く使用されているＮＢＳ標準液は、海水のｐＨ測
定にあたって電極の応答不調を起しやすく、しかも、ｐ
ＣＯ２−ｐＨ連続長期観測装置内で長期安定に保存する
ことが容易ではない。なお、上記ｐＣＯ２−ｐＨ連続長
期観測装置において、ｐＣＯ２は小型標準ガスボンベを
観測装置内に設置して、定期的にドリフトを自動校正可
能である。ここで「ドリフト」とは、センサ計測による
環境化学成分を測定する際に、反応部の汚れなどにより
応答変化が起こることをいい、特に環境水中（河川・湖
沼・海洋など）での測定の場合、微生物の付着などで比
較的短期間の間にセンサの応答変化が起こる。
いては、ＤＯの代わりに海水の二酸化炭素分圧（ｐＣＯ
２）を観測し、このｐＣＯ２とｐＨを用いて海水中の炭
酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出してＩＰとＯＰ
を求める原理に基づく、ｐＣＯ２−ｐＨ連続長期観測装
置を試作し、実海域での観測を試みた。しかし、炭酸ガ
ス固定量の見積もりにあたり、以下の２つの問題が挙げ
られる。 １）ｐＨの測定精度、特にｐＨ電極のドリフトがＩＰと
ＯＰを求める場合の主要な誤差要因であり、ｐＨ電極の
ドリフト補正が不可欠である。一般に、ｐＨ電極はその
物理化学的環境の影響を受けて測定値がドリフトするた
め、定期的にｐＨ標準液で校正する必要がある。しか
し、広く使用されているＮＢＳ標準液は、海水のｐＨ測
定にあたって電極の応答不調を起しやすく、しかも、ｐ
ＣＯ２−ｐＨ連続長期観測装置内で長期安定に保存する
ことが容易ではない。なお、上記ｐＣＯ２−ｐＨ連続長
期観測装置において、ｐＣＯ２は小型標準ガスボンベを
観測装置内に設置して、定期的にドリフトを自動校正可
能である。ここで「ドリフト」とは、センサ計測による
環境化学成分を測定する際に、反応部の汚れなどにより
応答変化が起こることをいい、特に環境水中（河川・湖
沼・海洋など）での測定の場合、微生物の付着などで比
較的短期間の間にセンサの応答変化が起こる。
【０００５】２）ｐＣＯ２とｐＨの計測値を用いて、海
水中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出する場
合、伝播誤差が大きく（Dickson, A. G. and J. P. Ril
ey.1978. The effect of analytical error on the eva
luation of the componentsof the aquatic carbon-dio
xide system. Mar. Chem. 6: 77-85）、炭酸ガス固定量
の見積もりの精度が悪い（Ikeda, Y, A. Suzuki, H. Ha
ta, K. Kato, A. Negishi and K. Nozaki. 1995. Close
d chamber system for estimating rate ofcarbon prod
uctivity by coral reef organisms. J. Mar. Biotechn
ol. 2: 119-123）。通常計測値には測定の誤差があり、
ＩＰとＯＰの計算に用いる計測データ（即ち、アルカリ
度・全炭酸・ｐＨ・ｐＣＯ２）には一般的に以下の測定
精度（誤差）がある。 アルカリ度(Ａｔ)：4μmol kg−1（一般的な海水の値22
00μmol kg−1に対して約０．２％） 全炭酸(Ｃｔ)：4μmol kg−1（一般的な海水の値1900μ
mol kg−1に対して約０．２％） ｐＨ：0.005（一般的な海水の値8.25に対して約１％） ｐＣＯ２：2 ppm（一般的な海水の値350に対して約０．
５％） ＩＰとＯＰの計算は、ＡｔとＣｔの値を用いて計算され
るので、これらの値の誤差の四則演算による誤差伝播が
あり、これがＩＰとＯＰの誤差になる。
水中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出する場
合、伝播誤差が大きく（Dickson, A. G. and J. P. Ril
ey.1978. The effect of analytical error on the eva
luation of the componentsof the aquatic carbon-dio
xide system. Mar. Chem. 6: 77-85）、炭酸ガス固定量
の見積もりの精度が悪い（Ikeda, Y, A. Suzuki, H. Ha
ta, K. Kato, A. Negishi and K. Nozaki. 1995. Close
d chamber system for estimating rate ofcarbon prod
uctivity by coral reef organisms. J. Mar. Biotechn
ol. 2: 119-123）。通常計測値には測定の誤差があり、
ＩＰとＯＰの計算に用いる計測データ（即ち、アルカリ
度・全炭酸・ｐＨ・ｐＣＯ２）には一般的に以下の測定
精度（誤差）がある。 アルカリ度(Ａｔ)：4μmol kg−1（一般的な海水の値22
00μmol kg−1に対して約０．２％） 全炭酸(Ｃｔ)：4μmol kg−1（一般的な海水の値1900μ
mol kg−1に対して約０．２％） ｐＨ：0.005（一般的な海水の値8.25に対して約１％） ｐＣＯ２：2 ppm（一般的な海水の値350に対して約０．
５％） ＩＰとＯＰの計算は、ＡｔとＣｔの値を用いて計算され
るので、これらの値の誤差の四則演算による誤差伝播が
あり、これがＩＰとＯＰの誤差になる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は本発明によ
り解決された。即ち本発明は、対象海域の海水について
一定期間、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イオン濃
度（ｐＨ）、水温（Ｔ Ｋ）、塩分（Ｓ）及び全アルカリ
度（Ａｔ）を測定する段階、該二酸化炭素分圧及び該全
アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正す
る段階、必要に応じて該海水の測定値から後記計算に必
要な係数を計算する段階、該一定期間中の該二酸化炭素
分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に
応じて該係数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機
炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計算する段階か
ら成る海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法である。前
記二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分及び全
アルカリ度を測定する段階において、これら以外の項目
を測定してもよく、また該二酸化炭素分圧及び該水素イ
オン濃度を連続的に測定し、該全アルカリ度を間欠的に
測定してもよい。水温と塩分については連続的又は間欠
的に測定してもよいが、連続的に測定することが好まし
い。連続的とは概ねデータが連続的になる程度の頻度
で、例えば１分間に１回程度、データを収集することを
することをいい、間欠的とは連続的よりも頻度が少ない
ことをいう（例えば、１時間に１回等）。また、前記無
機炭素生産量（ＩＰ）を計算する段階において、前記一
定期間中の全アルカリ度の初期値又は最終値、好ましく
は初期値として、前記全アルカリ度の測定値を用いても
よい。
り解決された。即ち本発明は、対象海域の海水について
一定期間、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イオン濃
度（ｐＨ）、水温（Ｔ Ｋ）、塩分（Ｓ）及び全アルカリ
度（Ａｔ）を測定する段階、該二酸化炭素分圧及び該全
アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正す
る段階、必要に応じて該海水の測定値から後記計算に必
要な係数を計算する段階、該一定期間中の該二酸化炭素
分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に
応じて該係数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機
炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計算する段階か
ら成る海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法である。前
記二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分及び全
アルカリ度を測定する段階において、これら以外の項目
を測定してもよく、また該二酸化炭素分圧及び該水素イ
オン濃度を連続的に測定し、該全アルカリ度を間欠的に
測定してもよい。水温と塩分については連続的又は間欠
的に測定してもよいが、連続的に測定することが好まし
い。連続的とは概ねデータが連続的になる程度の頻度
で、例えば１分間に１回程度、データを収集することを
することをいい、間欠的とは連続的よりも頻度が少ない
ことをいう（例えば、１時間に１回等）。また、前記無
機炭素生産量（ＩＰ）を計算する段階において、前記一
定期間中の全アルカリ度の初期値又は最終値、好ましく
は初期値として、前記全アルカリ度の測定値を用いても
よい。
【０００７】本発明は、また対象海域の海水について一
定期間測定された二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水
温、塩分及び全アルカリ度を含むデータを入力する手
段、該二酸化炭素分圧及び該全アルカリ度の測定値を用
いて該水素イオン濃度を補正する手段、必要に応じて該
海水の測定値から後記計算に必要な係数を計算する手
段、該一定期間中の該二酸化炭素分圧及び該補正後の水
素イオン濃度の変化並びに必要に応じて該係数を用いて
無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）の
少なくとも一方を計算し出力する手段から成る海洋生物
の炭酸ガス固定量の測定用プログラムである。二酸化炭
素分圧及び水素イオン濃度についての前記データが連続
的測定値であり、全アルカリ度についての前記データが
間欠的測定値であってもよい。更に、前記無機炭素生産
量（ＩＰ）を計算する手段において、前記一定期間中の
全アルカリ度の初期値又は最終値、好ましくは初期値と
して、前記全アルカリ度の測定値を用いてもよい。
定期間測定された二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水
温、塩分及び全アルカリ度を含むデータを入力する手
段、該二酸化炭素分圧及び該全アルカリ度の測定値を用
いて該水素イオン濃度を補正する手段、必要に応じて該
海水の測定値から後記計算に必要な係数を計算する手
段、該一定期間中の該二酸化炭素分圧及び該補正後の水
素イオン濃度の変化並びに必要に応じて該係数を用いて
無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）の
少なくとも一方を計算し出力する手段から成る海洋生物
の炭酸ガス固定量の測定用プログラムである。二酸化炭
素分圧及び水素イオン濃度についての前記データが連続
的測定値であり、全アルカリ度についての前記データが
間欠的測定値であってもよい。更に、前記無機炭素生産
量（ＩＰ）を計算する手段において、前記一定期間中の
全アルカリ度の初期値又は最終値、好ましくは初期値と
して、前記全アルカリ度の測定値を用いてもよい。
【０００８】本発明は更に、対象海域の海水について一
定期間、二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分
及び全アルカリ度を測定し入力する手段、該二酸化炭素
分圧及び該全アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン
濃度を補正する手段、必要に応じて該海水の測定値から
後記計算に必要な係数を計算する手段、該一定期間中の
該二酸化炭素分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変化
並びに必要に応じて該係数を用いて無機炭素生産量（Ｉ
Ｐ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計
算し出力する手段から成る海洋生物の炭酸ガス固定量の
測定用装置である。二酸化炭素分圧及び水素イオン濃度
についての前記データが連続的測定値であり、全アルカ
リ度についての前記データが間欠的測定値であってもよ
い。更に、前記無機炭素生産量（ＩＰ）を計算する手段
において、前記一定期間中の全アルカリ度の初期値又は
最終値、好ましくは初期値として、前記全アルカリ度の
測定値を用いてもよい。また、本発明は、上記いずれか
の装置を装備した水上プラットホームであって、前記全
アルカリ度を測定する手段が該水上プラットホーム外に
あってもよい海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用水上プ
ラットホームである。この水上プラットホームとして
は、船舶、海上に組んだ櫓、計測ブイなどが挙げられ、
この上に上記装置を設置する。
定期間、二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分
及び全アルカリ度を測定し入力する手段、該二酸化炭素
分圧及び該全アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン
濃度を補正する手段、必要に応じて該海水の測定値から
後記計算に必要な係数を計算する手段、該一定期間中の
該二酸化炭素分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変化
並びに必要に応じて該係数を用いて無機炭素生産量（Ｉ
Ｐ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計
算し出力する手段から成る海洋生物の炭酸ガス固定量の
測定用装置である。二酸化炭素分圧及び水素イオン濃度
についての前記データが連続的測定値であり、全アルカ
リ度についての前記データが間欠的測定値であってもよ
い。更に、前記無機炭素生産量（ＩＰ）を計算する手段
において、前記一定期間中の全アルカリ度の初期値又は
最終値、好ましくは初期値として、前記全アルカリ度の
測定値を用いてもよい。また、本発明は、上記いずれか
の装置を装備した水上プラットホームであって、前記全
アルカリ度を測定する手段が該水上プラットホーム外に
あってもよい海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用水上プ
ラットホームである。この水上プラットホームとして
は、船舶、海上に組んだ櫓、計測ブイなどが挙げられ、
この上に上記装置を設置する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する
が、用いる例は本発明を限定することを意図するもので
はない。まず、本発明の炭酸ガス固定量の測定の手順を
下記に示す。 １．対象海域の海水についての測定 海水センサと二酸化炭素分圧計測器にて、対象の海域の
水温（ＴＫ、単位 Ｋ）、塩分（Ｓ、単位 ＰＳＵ（Prac
tical Salinity Unit））、水素イオン濃度（ｐＨ）、
二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２、単位 ｐｐｍ）及び全アル
カリ度(Ａｔ、単位 μmol/kg)を計測する。これらのデ
ータを一定時間毎に保存する。全アルカリ度(Ａｔ、単
位 μmol kg−1)については、計測の開始時に海水を採
取し、実験室に持ち帰って測定してもよい。
が、用いる例は本発明を限定することを意図するもので
はない。まず、本発明の炭酸ガス固定量の測定の手順を
下記に示す。 １．対象海域の海水についての測定 海水センサと二酸化炭素分圧計測器にて、対象の海域の
水温（ＴＫ、単位 Ｋ）、塩分（Ｓ、単位 ＰＳＵ（Prac
tical Salinity Unit））、水素イオン濃度（ｐＨ）、
二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２、単位 ｐｐｍ）及び全アル
カリ度(Ａｔ、単位 μmol/kg)を計測する。これらのデ
ータを一定時間毎に保存する。全アルカリ度(Ａｔ、単
位 μmol kg−1)については、計測の開始時に海水を採
取し、実験室に持ち帰って測定してもよい。
【００１０】２．水素イオン濃度の補正
海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動連続計測装置では、ｐＣＯ２
の測定精度は高く、内蔵の標準ガスによりドリフトも補
正されているのに比べ、ｐＨ（＝ −ｌｏｇ［ａＨ］）
（ここで、ａＨは水素イオン活量（単位 mol/kg））は
測定精度が低くドリフトしやすいので、上記の平衡計算
式によりＩＰとＯＰを求めるにあたって、ドリフト補正
を行ってｐＨ電極の測定精度を向上させる必要がある。
なお、海水を採水して、実験室に持ち帰りｐＨを精密測
定すれば良いと考えられるが、海水のｐＨは変化しやす
いので、ｐＨの変化無しに海水を長期間保存する有効な
手段がない。そこで、ｐＣＯ２とｐＨの連続計測に合わ
せ、間欠的（例えば、１日１回程度）に適宜採水した海
水試料のＡｔ（全アルカリ度）を分析し、ｐＣＯ２とＡ
ｔの測定値から炭酸系の平衡計算（Lewis, E. and D. W
allace. 1998. Program developed for CO2 system cal
culations. Carbon Dioxide Info. Anal. Centor / Oak
Ridge Nat. Lab. (ORNL/CDIAC-105)）によりｐＨを計
算する。ｐＣＯ２とＡｔからのｐＨの計算は、０．００
５ｐＨユニットの範囲で正確である（Anderson, L. G.,
D. R. Turner, M. Wedborg and D. Dyrssen. 1999. De
termination of total alkalinity and total dissolve
d inorganic carbon. In Methods of seawater analysi
s. [Ed. K. Grasshoff, K. Kremling and M. Ehrhardt]
(Wiley-Vch): pp127-148）。これにより、間欠的なＡｔ
の測定値を用いて、ｐＨ電極のドリフト補正を行い、連
続的な計測をおこなってもよい。なお、間欠的なＡｔの
測定は測定の開始時に行うことが好ましい。
の測定精度は高く、内蔵の標準ガスによりドリフトも補
正されているのに比べ、ｐＨ（＝ −ｌｏｇ［ａＨ］）
（ここで、ａＨは水素イオン活量（単位 mol/kg））は
測定精度が低くドリフトしやすいので、上記の平衡計算
式によりＩＰとＯＰを求めるにあたって、ドリフト補正
を行ってｐＨ電極の測定精度を向上させる必要がある。
なお、海水を採水して、実験室に持ち帰りｐＨを精密測
定すれば良いと考えられるが、海水のｐＨは変化しやす
いので、ｐＨの変化無しに海水を長期間保存する有効な
手段がない。そこで、ｐＣＯ２とｐＨの連続計測に合わ
せ、間欠的（例えば、１日１回程度）に適宜採水した海
水試料のＡｔ（全アルカリ度）を分析し、ｐＣＯ２とＡ
ｔの測定値から炭酸系の平衡計算（Lewis, E. and D. W
allace. 1998. Program developed for CO2 system cal
culations. Carbon Dioxide Info. Anal. Centor / Oak
Ridge Nat. Lab. (ORNL/CDIAC-105)）によりｐＨを計
算する。ｐＣＯ２とＡｔからのｐＨの計算は、０．００
５ｐＨユニットの範囲で正確である（Anderson, L. G.,
D. R. Turner, M. Wedborg and D. Dyrssen. 1999. De
termination of total alkalinity and total dissolve
d inorganic carbon. In Methods of seawater analysi
s. [Ed. K. Grasshoff, K. Kremling and M. Ehrhardt]
(Wiley-Vch): pp127-148）。これにより、間欠的なＡｔ
の測定値を用いて、ｐＨ電極のドリフト補正を行い、連
続的な計測をおこなってもよい。なお、間欠的なＡｔの
測定は測定の開始時に行うことが好ましい。
【００１１】即ち、上記測定値Ａｔ及びｐＣＯ２を用い
て、下式に従い反復代入法によってａＨを求める。 このａＨについての計算値と測定値により測定値ａＨを
補正するが、その補正方法に特に制限はなく適宜適当な
方法で行ってよい。例えば、ａＨについての計算値と測
定値の差を他の測定値ａＨ（ａＨ = 10(-pH)）に加える
ことにより、ａ Ｈの補正値を得てもよい。
て、下式に従い反復代入法によってａＨを求める。 このａＨについての計算値と測定値により測定値ａＨを
補正するが、その補正方法に特に制限はなく適宜適当な
方法で行ってよい。例えば、ａＨについての計算値と測
定値の差を他の測定値ａＨ（ａＨ = 10(-pH)）に加える
ことにより、ａ Ｈの補正値を得てもよい。
【００１２】３．平衡定数等の後記の計算に必要な係数
ＩＰとＯＰの計算に必要な平衡定数（Ｋ０：二酸化炭素
溶解度、Ｋ１：重炭酸イオンの解離定数、Ｋ２：炭酸イ
オンの解離定数、Ｋｗ：水のイオン積、ＫＢ：ホウ酸の
第一解離定数、これらの単位：mol/kg）と、ホウ酸アル
カリ度（ＢＡ、単位：μmol/kg）、水酸化物イオンアル
カリ度（ＨＡ、単位：μmol/kg）を以下の手順で計算す
る。水温（Ｔｋ）及び塩分（Ｓ）の連続データから、下
式に従って５種の平衡定数（Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋｗ及
びＫＢ）を計算する。
溶解度、Ｋ１：重炭酸イオンの解離定数、Ｋ２：炭酸イ
オンの解離定数、Ｋｗ：水のイオン積、ＫＢ：ホウ酸の
第一解離定数、これらの単位：mol/kg）と、ホウ酸アル
カリ度（ＢＡ、単位：μmol/kg）、水酸化物イオンアル
カリ度（ＨＡ、単位：μmol/kg）を以下の手順で計算す
る。水温（Ｔｋ）及び塩分（Ｓ）の連続データから、下
式に従って５種の平衡定数（Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋｗ及
びＫＢ）を計算する。
【００１３】次に、塩分値から計算された全ホウ酸濃度
（ＢＴ）と平衡定数(ＫＢ)から、次式により、ホウ酸ア
ルカリ度（ＢＡ）を計算する。 更に、水温及び塩分の値から計算された水素イオン活量
係数（ｆＨ）を用いて次式により水酸化物イオンアルカ
リ度（ＨＡ）を計算する。
（ＢＴ）と平衡定数(ＫＢ)から、次式により、ホウ酸ア
ルカリ度（ＢＡ）を計算する。 更に、水温及び塩分の値から計算された水素イオン活量
係数（ｆＨ）を用いて次式により水酸化物イオンアルカ
リ度（ＨＡ）を計算する。
【００１４】４．無機炭素生産量（ＩＰ）の計算
ｐＣＯ２とｐＨの測定値から、全アルカリ度（Ａｔ）と
全炭酸（Ｃｔ）は、以下の式で算出される。 式（１）及び（３）から無機炭素生産量（ＩＰ、単位：
μmol/kg hr）は以下のように計算される。
全炭酸（Ｃｔ）は、以下の式で算出される。 式（１）及び（３）から無機炭素生産量（ＩＰ、単位：
μmol/kg hr）は以下のように計算される。
【００１５】ここで、ｐＨのドリフト補正のために測定
したＡｔの値を測定開始時の値（Ａｔ１）とすると、下
記の新しい式が導かれる。 ここで、ｋは で表され、添字の“ｅ”は計測終了時のｋの値を示す。
なお、ｐＣＯ２の変化速度（△ｐＣＯ２）は、ｐＣＯ２
計測値の経時データを元に、一定時間あたりの変化速度
を最小二乗法で計算し、ｋの変化速度（△ｋ）は、各時
刻のkの計算値を元に、一定時間あたりの変化速度を最
小二乗法で計算し、ｋ×(ＢＡ+ＨＡ)は、ｋ, ＢＡ, Ｈ
Ａの各時刻データから計算し、一定時間あたりの変化速
度を最小二乗法で計算する。
したＡｔの値を測定開始時の値（Ａｔ１）とすると、下
記の新しい式が導かれる。 ここで、ｋは で表され、添字の“ｅ”は計測終了時のｋの値を示す。
なお、ｐＣＯ２の変化速度（△ｐＣＯ２）は、ｐＣＯ２
計測値の経時データを元に、一定時間あたりの変化速度
を最小二乗法で計算し、ｋの変化速度（△ｋ）は、各時
刻のkの計算値を元に、一定時間あたりの変化速度を最
小二乗法で計算し、ｋ×(ＢＡ+ＨＡ)は、ｋ, ＢＡ, Ｈ
Ａの各時刻データから計算し、一定時間あたりの変化速
度を最小二乗法で計算する。
【００１６】５．有機炭素生産量（ＯＰ）の計算
有機炭素生産量（ＯＰ、単位：μmol/kg hr）は式
（２）、（３）及び（４）から、以下のように計算され
る。 この計算では、途中で計算過程が簡素化されていること
が分かる。このように、ｐＣＯ２とｐＨの測定値からＯ
Ｐを求める際には、Ｃｔ、Ａｔの平衡計算の過程を経ず
に、直接式（７）によって求められることにより、伝播
誤差が小さくなることが示される。なお、Ｋ０×ｐＣＯ
２の変化速度（Δ（Ｋ０×ｐＣＯ２））はＫ０計算値と
ｐＣＯ２計測値の経時データを元に、一定時間あたりの
変化速度を最小二乗法で計算し、Ｋ０×Ｋ１×（ｐＣＯ
２／ａＨ）の変化速度（Δ（Ｋ０×Ｋ１×ｐＣＯ２／ａ
Ｈ））は各時刻データからＫ０×Ｋ１×（ｐＣＯ２／ａ
Ｈ）を計算し、経時データを元に、一定時間あたりの変
化速度を最小二乗法で計算し、ＢＡ, ＨＡの変化速度
（△ＢＡ, △ＨＡ）は各時刻で計算されたＢＡ, ＨＡの
データを元に、一定時間あたりの変化速度を最小二乗法
で計算する。
（２）、（３）及び（４）から、以下のように計算され
る。 この計算では、途中で計算過程が簡素化されていること
が分かる。このように、ｐＣＯ２とｐＨの測定値からＯ
Ｐを求める際には、Ｃｔ、Ａｔの平衡計算の過程を経ず
に、直接式（７）によって求められることにより、伝播
誤差が小さくなることが示される。なお、Ｋ０×ｐＣＯ
２の変化速度（Δ（Ｋ０×ｐＣＯ２））はＫ０計算値と
ｐＣＯ２計測値の経時データを元に、一定時間あたりの
変化速度を最小二乗法で計算し、Ｋ０×Ｋ１×（ｐＣＯ
２／ａＨ）の変化速度（Δ（Ｋ０×Ｋ１×ｐＣＯ２／ａ
Ｈ））は各時刻データからＫ０×Ｋ１×（ｐＣＯ２／ａ
Ｈ）を計算し、経時データを元に、一定時間あたりの変
化速度を最小二乗法で計算し、ＢＡ, ＨＡの変化速度
（△ＢＡ, △ＨＡ）は各時刻で計算されたＢＡ, ＨＡの
データを元に、一定時間あたりの変化速度を最小二乗法
で計算する。
【００１７】
【実施例】本実施例で用いた海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動
連続計測装置（二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）測定のため
の平衡器：ガス透過膜（日本ゴアテクス社：ＴＢ００
３）、二酸化炭素分圧測定装置：（米国Ｌｉ−Ｃｏｒ
社：ＬＩ−６２５２）、ｐＨ計：（米国ＨＹＤＲＯＬＡ
Ｂ社：Ｈ２０））を搭載した小型船の構成を図１に示
す。このＨ２０という計測装置（図１中の「海水セン
サ」）は、ｐＨ計の他に水温計・塩分計・ＤＯ計が付い
ており、これらの成分も同時に計測した。計測用の海水
をチタン製ポンプで汲み上げ、海水センサによってｐＨ
を計測する。この海水センサは、市販の標準液（フタル
酸塩ｐＨ標準液：ｐＨ値4.007と リン酸塩ｐＨ標準
液：ｐＨ6.865/ 共に２５℃での値）を使用して、これ
らの液を測定した場合の値がそれぞれの指定値になるよ
うに電極の出力を調整し、この方法で校正したセンサを
海に投入してデータを取得した。なお、比較のためＤＯ
センサも取り付けて溶存酵素の測定も同時に行った。セ
ンサ部を通過した海水は、平衡器内で一定量の空気と接
触し、海水−大気間の二酸化炭素ガス濃度を平衡させた
後、サンプルガス内に含まれる二酸化炭素濃度を非分散
型赤外線分析装置にて測定した。計測は１分１データの
頻度で行い、データをパソコンに保管する。
連続計測装置（二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）測定のため
の平衡器：ガス透過膜（日本ゴアテクス社：ＴＢ００
３）、二酸化炭素分圧測定装置：（米国Ｌｉ−Ｃｏｒ
社：ＬＩ−６２５２）、ｐＨ計：（米国ＨＹＤＲＯＬＡ
Ｂ社：Ｈ２０））を搭載した小型船の構成を図１に示
す。このＨ２０という計測装置（図１中の「海水セン
サ」）は、ｐＨ計の他に水温計・塩分計・ＤＯ計が付い
ており、これらの成分も同時に計測した。計測用の海水
をチタン製ポンプで汲み上げ、海水センサによってｐＨ
を計測する。この海水センサは、市販の標準液（フタル
酸塩ｐＨ標準液：ｐＨ値4.007と リン酸塩ｐＨ標準
液：ｐＨ6.865/ 共に２５℃での値）を使用して、これ
らの液を測定した場合の値がそれぞれの指定値になるよ
うに電極の出力を調整し、この方法で校正したセンサを
海に投入してデータを取得した。なお、比較のためＤＯ
センサも取り付けて溶存酵素の測定も同時に行った。セ
ンサ部を通過した海水は、平衡器内で一定量の空気と接
触し、海水−大気間の二酸化炭素ガス濃度を平衡させた
後、サンプルガス内に含まれる二酸化炭素濃度を非分散
型赤外線分析装置にて測定した。計測は１分１データの
頻度で行い、データをパソコンに保管する。
【００１８】ポンプで汲み上げた海水の一部は、標準的
採水法に基づき、１時間おきに採水し、微生物により海
水の化学成分が変化しないように塩化第二水銀（和光製
薬 139-09362）を添加した海水を実験室に持ち帰り、
０．１％程度の再現性を有する測定法による精密分析装
置で全アルカリ度（Ａｔ）と全炭酸（Ｃｔ）を測定し
た。このアルカリ度（Ａｔ）と全炭酸(Ｃｔ)の測定は以
下の手順で行った。１）分析用の海水（１００〜２００
ｍｌ）を空気を入れないようにガラス瓶に入れる。２）
実験室に持ち帰る。分析まで時間が空く（１日以上）よ
うな場合は、保存剤として塩化第二水銀を添加する。
３）ＡｔとＣｔの分析は、密閉セル内で海水を塩酸で滴
定して得られる中和滴定曲線から求めた。装置概要と分
析方法詳細は米国エネルギー省（ＤＯＥ）の報告書内容
に従った（DOE. 1994. Handbook of methods for the a
nalysis of the various parameters of the carbon di
oxide system in sea water. Version 2. 1, ORNL/CDIA
C-74 [Ed. Dickson, A. G. and Goyat, C.] ）。
採水法に基づき、１時間おきに採水し、微生物により海
水の化学成分が変化しないように塩化第二水銀（和光製
薬 139-09362）を添加した海水を実験室に持ち帰り、
０．１％程度の再現性を有する測定法による精密分析装
置で全アルカリ度（Ａｔ）と全炭酸（Ｃｔ）を測定し
た。このアルカリ度（Ａｔ）と全炭酸(Ｃｔ)の測定は以
下の手順で行った。１）分析用の海水（１００〜２００
ｍｌ）を空気を入れないようにガラス瓶に入れる。２）
実験室に持ち帰る。分析まで時間が空く（１日以上）よ
うな場合は、保存剤として塩化第二水銀を添加する。
３）ＡｔとＣｔの分析は、密閉セル内で海水を塩酸で滴
定して得られる中和滴定曲線から求めた。装置概要と分
析方法詳細は米国エネルギー省（ＤＯＥ）の報告書内容
に従った（DOE. 1994. Handbook of methods for the a
nalysis of the various parameters of the carbon di
oxide system in sea water. Version 2. 1, ORNL/CDIA
C-74 [Ed. Dickson, A. G. and Goyat, C.] ）。
【００１９】測定毎の開始時にＡｔを分析し、同時に計
測した海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動連続計測装置のｐＣＯ
２の実測値からｐＨを計算したところ、ｐＨの実測値は
最大で０．１ｐＨユニット差があった。この計算値と実
測値の差を水素イオン濃度ベース（［ａＨ］＝１０ｐ
Ｈ）で加減することで、ｐＨの連続データを補正した。
このようにして得られたｐＣＯ２とｐＨの約３〜４時間
の連続データから、式（６）、（７）を用いて、無機炭
素生産量（ＩＰ）と有機炭素生産量（ＯＰ）を計算し
た。この計算は、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イ
オン濃度（ｐＨ）、水温（ＴＫ）、塩分（Ｓ）及び全ア
ルカリ度（Ａｔ）の測定値を入力することにより、上述
の炭酸ガスの固定量の計算手順に従って計算を行い、無
機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）を出
力するプログラムを組み込んだパソコンを用いて行っ
た。これらの計算結果の妥当性を確認するため、１時間
おきに採水した海水のＡｔとＣｔから式（１），（２）
によって求める従来法とのデータの比較を行った。さら
にＯＰについては、溶存酸素の変化からも計算を行い、
データの比較を行った。
測した海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動連続計測装置のｐＣＯ
２の実測値からｐＨを計算したところ、ｐＨの実測値は
最大で０．１ｐＨユニット差があった。この計算値と実
測値の差を水素イオン濃度ベース（［ａＨ］＝１０ｐ
Ｈ）で加減することで、ｐＨの連続データを補正した。
このようにして得られたｐＣＯ２とｐＨの約３〜４時間
の連続データから、式（６）、（７）を用いて、無機炭
素生産量（ＩＰ）と有機炭素生産量（ＯＰ）を計算し
た。この計算は、二酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）、水素イ
オン濃度（ｐＨ）、水温（ＴＫ）、塩分（Ｓ）及び全ア
ルカリ度（Ａｔ）の測定値を入力することにより、上述
の炭酸ガスの固定量の計算手順に従って計算を行い、無
機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）を出
力するプログラムを組み込んだパソコンを用いて行っ
た。これらの計算結果の妥当性を確認するため、１時間
おきに採水した海水のＡｔとＣｔから式（１），（２）
によって求める従来法とのデータの比較を行った。さら
にＯＰについては、溶存酸素の変化からも計算を行い、
データの比較を行った。
【００２０】石垣島白保サンゴ礁海域での１９９８年９
・１２月、１９９９年３・６・９月の観測に基づき、
（１）Ａｔ、Ｃｔの実測値、（２）ｐＣＯ２−ｐＨの連
続測定値から計算したＩＰとＯＰを表１に示し、そのな
かの１９９８年９月２０日のデータ及び計算経過を図２
〜９に示す。比較のため、ＤＯ計測値からのＯＰ計算値
も表示した。ＯＰに関しては、ｐＣＯ２−ｐＨ連続計測
値からの計算結果は、Ａｔ−Ｃｔの実測値からの計算値
に良く対応している。これと比較して、ＤＯの計測結果
では、昼の計算値が系統的に低めの値を出す。こらは主
に昼間の酸素過飽和によって、大気への酸素の抜け出し
が起こっていることが原因と考えられる。炭素ベースの
測定は、二酸化炭素ガスは酸素ガスに比べ大気との交換
が小さいこと、及びＣＯ２固定量を見積もるのに、酸素
に比べより直接的であることが利点として挙げられる。
表１の結果と上記考察から、炭素ベースの測定法の一形
態であるｐＣＯ２−ｐＨの計測は、酸素の計測よりも優
れていることが示された。ＩＰについては、変化量が少
ないことからバラツキが大きい結果となった。今回使用
したｐＨセンサの精度は０．０１ｐＨユニットだった
が、変化量の小さい場合さらに高精度のセンサを使用す
るか、又は最小二乗法の精度を上げるために長期間の計
測を行うか、若しくはデータ取得の時間間隔を小さくし
てデータ数を増やすことが望ましい。一方、表１のＩＰ
の計算結果を用いて、式（２）に従ってＯＰを計算する
と、ＩＰの計測誤差が伝播誤差になってしまい、ＯＰの
見積もり精度も悪くなる。式（７）の導入によって、伝
播誤差が小さくなり、ＯＰの見積精度がＩＰの精度に影
響されないことが示された。
・１２月、１９９９年３・６・９月の観測に基づき、
（１）Ａｔ、Ｃｔの実測値、（２）ｐＣＯ２−ｐＨの連
続測定値から計算したＩＰとＯＰを表１に示し、そのな
かの１９９８年９月２０日のデータ及び計算経過を図２
〜９に示す。比較のため、ＤＯ計測値からのＯＰ計算値
も表示した。ＯＰに関しては、ｐＣＯ２−ｐＨ連続計測
値からの計算結果は、Ａｔ−Ｃｔの実測値からの計算値
に良く対応している。これと比較して、ＤＯの計測結果
では、昼の計算値が系統的に低めの値を出す。こらは主
に昼間の酸素過飽和によって、大気への酸素の抜け出し
が起こっていることが原因と考えられる。炭素ベースの
測定は、二酸化炭素ガスは酸素ガスに比べ大気との交換
が小さいこと、及びＣＯ２固定量を見積もるのに、酸素
に比べより直接的であることが利点として挙げられる。
表１の結果と上記考察から、炭素ベースの測定法の一形
態であるｐＣＯ２−ｐＨの計測は、酸素の計測よりも優
れていることが示された。ＩＰについては、変化量が少
ないことからバラツキが大きい結果となった。今回使用
したｐＨセンサの精度は０．０１ｐＨユニットだった
が、変化量の小さい場合さらに高精度のセンサを使用す
るか、又は最小二乗法の精度を上げるために長期間の計
測を行うか、若しくはデータ取得の時間間隔を小さくし
てデータ数を増やすことが望ましい。一方、表１のＩＰ
の計算結果を用いて、式（２）に従ってＯＰを計算する
と、ＩＰの計測誤差が伝播誤差になってしまい、ＯＰの
見積もり精度も悪くなる。式（７）の導入によって、伝
播誤差が小さくなり、ＯＰの見積精度がＩＰの精度に影
響されないことが示された。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】本発明は、沿岸海域のＩＰとＯＰを求め
るための海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動連続計測装置を使用
する際に不可欠な、ｐＨ電極のドリフト補正を可能とす
る手段と、見積もり精度向上に寄与する、伝播誤差を小
さくする新しい計算式を提供するものである。本発明の
方法は、ＡｔとＣｔを直接測定せず、溶存酸素（ＤＯ）
やｐＨ電極を用いる方法とも異なり、海水の二酸化炭素
分圧（ｐＣＯ２）を観測し、このｐＣＯ２とｐＨを用い
て海水中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出し
てＩＰとＯＰを求める原理に基づく。そのため、二酸化
炭素分圧と全アルカリ度の測定値からｐＨの補正を行う
ことにより、ｐＨ電極のドリフトに起因する誤差要因を
減少させることができた。また、無機炭素生産量の計算
においてアルカリ度の初期値の計算を実測値に置き換え
ることによる伝播誤差を減少させることができ、更に、
ＩＰやＯＰの計算に簡便な式（６）及び（７）を用いる
ことにより伝播誤差を最小限にすることにも成功した。
更に、このような工夫を施すことにより、固定酸素量の
長期自動連続測定を可能にした。また、このような測定
を簡便なプログラムを用いて処理できるため、対象海域
に浮かべた船舶などの水上プラットホーム内で固定酸素
量の測定を行うことも可能にした。
るための海水中ｐＣＯ２−ｐＨ自動連続計測装置を使用
する際に不可欠な、ｐＨ電極のドリフト補正を可能とす
る手段と、見積もり精度向上に寄与する、伝播誤差を小
さくする新しい計算式を提供するものである。本発明の
方法は、ＡｔとＣｔを直接測定せず、溶存酸素（ＤＯ）
やｐＨ電極を用いる方法とも異なり、海水の二酸化炭素
分圧（ｐＣＯ２）を観測し、このｐＣＯ２とｐＨを用い
て海水中の炭酸系の平衡計算によりＡｔとＣｔを算出し
てＩＰとＯＰを求める原理に基づく。そのため、二酸化
炭素分圧と全アルカリ度の測定値からｐＨの補正を行う
ことにより、ｐＨ電極のドリフトに起因する誤差要因を
減少させることができた。また、無機炭素生産量の計算
においてアルカリ度の初期値の計算を実測値に置き換え
ることによる伝播誤差を減少させることができ、更に、
ＩＰやＯＰの計算に簡便な式（６）及び（７）を用いる
ことにより伝播誤差を最小限にすることにも成功した。
更に、このような工夫を施すことにより、固定酸素量の
長期自動連続測定を可能にした。また、このような測定
を簡便なプログラムを用いて処理できるため、対象海域
に浮かべた船舶などの水上プラットホーム内で固定酸素
量の測定を行うことも可能にした。
【００２３】本発明の効果である伝播誤差の減少につい
て以下若干説明する。ＩＰとＯＰの計算は、ＡｔとＣｔ
の値を用いて計算されるので、これらの値の誤差の四則
演算による誤差伝播が、ＩＰとＯＰの伝播誤差になる。
本発明において、アルカリ度・全炭酸の実測値からＩＰ
とＯＰを求める場合例えば、アルカリ度の初期値(Ａｔ
ｉ)と終了値（Ａｔｅ)は通常以下の値である。 Ａｔｉ = 2200 ＋/− 4 μmol kg−1 Ａｔｅ = 2000 ＋/− 4 μmol kg−1 この場合、ＩＰは、ＩＰ = −1/2*(Ａｔｅ − Ａｔｉ)
（式（１））から、ＩＰ = −1/2*(2000−2200) = 50
μmol kg−1 になる。ＩＰの伝播誤差は、通常誤差の
２乗和の平方根に、四則演算の係数をかけたものなり、
この場合 1/2*route(42 + 42) = 2.8 になる。次に、
同時に計測した全炭酸の初期値(Ｃｔｉ)と終了値（Ｃｔ
ｅ)は通常以下の値である。 Ｃｔｉ = 1900 ＋/− 4 μmol kg−1 Ｃｔｅ = 1800 ＋/− 4 μmol kg−1 この場合、ＯＰ = −(Ｃｔｅ − Ｃｔｉ) − ＩＰ
（式（２））から、ＯＰ= −(1800−1900)−50 = 50 μ
mol kg−1 になる。ＯＰの伝播誤差は、上記と同様にし
て、route(42 + 42 + 2.82) = 6.3 になる。
て以下若干説明する。ＩＰとＯＰの計算は、ＡｔとＣｔ
の値を用いて計算されるので、これらの値の誤差の四則
演算による誤差伝播が、ＩＰとＯＰの伝播誤差になる。
本発明において、アルカリ度・全炭酸の実測値からＩＰ
とＯＰを求める場合例えば、アルカリ度の初期値(Ａｔ
ｉ)と終了値（Ａｔｅ)は通常以下の値である。 Ａｔｉ = 2200 ＋/− 4 μmol kg−1 Ａｔｅ = 2000 ＋/− 4 μmol kg−1 この場合、ＩＰは、ＩＰ = −1/2*(Ａｔｅ − Ａｔｉ)
（式（１））から、ＩＰ = −1/2*(2000−2200) = 50
μmol kg−1 になる。ＩＰの伝播誤差は、通常誤差の
２乗和の平方根に、四則演算の係数をかけたものなり、
この場合 1/2*route(42 + 42) = 2.8 になる。次に、
同時に計測した全炭酸の初期値(Ｃｔｉ)と終了値（Ｃｔ
ｅ)は通常以下の値である。 Ｃｔｉ = 1900 ＋/− 4 μmol kg−1 Ｃｔｅ = 1800 ＋/− 4 μmol kg−1 この場合、ＯＰ = −(Ｃｔｅ − Ｃｔｉ) − ＩＰ
（式（２））から、ＯＰ= −(1800−1900)−50 = 50 μ
mol kg−1 になる。ＯＰの伝播誤差は、上記と同様にし
て、route(42 + 42 + 2.82) = 6.3 になる。
【００２４】しかし、従来のようにｐＨとｐＣＯ２の実
測値からＯＰとＩＰを求める場合には、以下のようにな
る。ＯＰとＩＰを求めるのに、まず、ｐＨとｐＣＯ２か
ら、明細書の式（３）、（４）でＡｔとＣｔを計算す
る。この計算の過程で、ｐＨ１％、ＣＯ２ ０．５％の
誤差の伝播で、Ａｔ、Ｃｔとも約＋/− 30 μmol kg−1
の誤差が付く。これらの値を用いて、上記と同様の計算
を行うと、 ＩＰの誤差 = 1/2*route(302+302) = 21 ＯＰの誤差 = route(302+302+212) = 42 となり、本発明のようにＡｔ、Ｃｔを実測して計算する
場合と比べると、非常に大きな伝播誤差を生じることと
なる。
測値からＯＰとＩＰを求める場合には、以下のようにな
る。ＯＰとＩＰを求めるのに、まず、ｐＨとｐＣＯ２か
ら、明細書の式（３）、（４）でＡｔとＣｔを計算す
る。この計算の過程で、ｐＨ１％、ＣＯ２ ０．５％の
誤差の伝播で、Ａｔ、Ｃｔとも約＋/− 30 μmol kg−1
の誤差が付く。これらの値を用いて、上記と同様の計算
を行うと、 ＩＰの誤差 = 1/2*route(302+302) = 21 ＯＰの誤差 = route(302+302+212) = 42 となり、本発明のようにＡｔ、Ｃｔを実測して計算する
場合と比べると、非常に大きな伝播誤差を生じることと
なる。
【図１】本発明の炭酸ガス固定量の測定装置を搭載した
小型船の構成を示す図である。
小型船の構成を示す図である。
【図２】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その１）。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その１）。
【図３】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その２、図
２に続く部分）。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その２、図
２に続く部分）。
【図４】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その３）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その３）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
【図５】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その４、図
４に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その４、図
４に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
【図６】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その５）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その５）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
【図７】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その６、図
６に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その６、図
６に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
【図８】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その７）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その７）。
各欄の項目名は図２を参照のこと。
【図９】１９９８年９月２０日におけるＩＰ及びＯＰの
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その８、図
８に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
計算のデータ及び計算経過を示す図である（その８、図
８に続く部分）。各欄の項目名は図３を参照のこと。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 27/416 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３５３Ｆ
Ｇ０６Ｆ 17/17 ３５１Ｂ
３６６Ａ
３６６Ｂ
３６６Ｃ
３７６
３５１Ｊ
Ｂ
Claims (10)
- 【請求項１】 対象海域の海水について一定期間、二酸
化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分及び全アルカ
リ度を測定する段階、該二酸化炭素分圧及び該全アルカ
リ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正する段
階、必要に応じて該海水の測定値から後記計算に必要な
係数を計算する段階、該一定期間中の該二酸化炭素分圧
及び該補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に応じ
て該係数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機炭素
生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計算する段階から成
る海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法。 - 【請求項２】 前記二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、
水温、塩分及び全アルカリ度を測定する段階において、
該二酸化炭素分圧及び該水素イオン濃度を連続的に測定
し、該全アルカリ度を間欠的に測定する請求項１に記載
の海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法。 - 【請求項３】 前記無機炭素生産量（ＩＰ）を計算する
段階において、前記一定期間中の全アルカリ度の初期値
又は最終値として、前記全アルカリ度の測定値を用いる
請求項１又は２に記載の海洋生物の炭酸ガス固定量の測
定方法。 - 【請求項４】 対象海域の海水について一定期間測定さ
れた二酸化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分及び
全アルカリ度を含むデータを入力する手段、該二酸化炭
素分圧及び該全アルカリ度の測定値を用いて該水素イオ
ン濃度を補正する手段、必要に応じて該海水の測定値か
ら後記計算に必要な係数を計算する手段、該一定期間中
の該二酸化炭素分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変
化並びに必要に応じて該係数を用いて無機炭素生産量
（ＩＰ）及び有機炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方
を計算し出力する手段から成る海洋生物の炭酸ガス固定
量の測定用プログラム。 - 【請求項５】 二酸化炭素分圧及び水素イオン濃度につ
いての前記データが連続的測定値であり、全アルカリ度
についての前記データが間欠的測定値である請求項４に
記載の海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用プログラム。 - 【請求項６】 前記無機炭素生産量（ＩＰ）を計算する
手段において、前記一定期間中の全アルカリ度の初期値
又は最終値として、前記全アルカリ度の測定値を用いる
請求項４又は５に記載の海洋生物の炭酸ガス固定量の測
定用プログラム。 - 【請求項７】 対象海域の海水について一定期間、二酸
化炭素分圧、水素イオン濃度、水温、塩分及び全アルカ
リ度を測定し入力する手段、該二酸化炭素分圧及び該全
アルカリ度の測定値を用いて該水素イオン濃度を補正す
る手段、必要に応じて該海水の測定値から後記計算に必
要な係数を計算する手段、該一定期間中の該二酸化炭素
分圧及び該補正後の水素イオン濃度の変化並びに必要に
応じて該係数を用いて無機炭素生産量（ＩＰ）及び有機
炭素生産量（ＯＰ）の少なくとも一方を計算し出力する
手段から成る海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用装置。 - 【請求項８】 二酸化炭素分圧及び水素イオン濃度につ
いての前記データが連続的測定値であり、全アルカリ度
についての前記データが間欠的測定値である請求項７に
記載の海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用装置。 - 【請求項９】 前記無機炭素生産量（ＩＰ）を計算する
手段において、前記一定期間中の全アルカリ度の初期値
又は最終値として、前記全アルカリ度の測定値を用いる
請求項７又は８に記載の海洋生物の炭酸ガス固定量の測
定用装置。 - 【請求項１０】 請求項７〜９のいずれか一項に記載の
装置を装備した水上プラットホームであって、前記全ア
ルカリ度を測定する手段が該水上プラットホーム外にあ
ってもよい海洋生物の炭酸ガス固定量の測定用水上プラ
ットホーム。
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|---|---|---|---|
| JP2001192471A JP3836339B2 (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001192471A JP3836339B2 (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004718A true JP2003004718A (ja) | 2003-01-08 |
| JP3836339B2 JP3836339B2 (ja) | 2006-10-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001192471A Expired - Fee Related JP3836339B2 (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 海洋生物の炭酸ガス固定量の測定方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3836339B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009264913A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Kimoto Denshi Kogyo Kk | 水中全アルカリ度測定方法 |
| WO2017110889A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 国立大学法人東京大学 | 海水の炭酸系パラメータの精密測定方法および該方法に用いる測定装置 |
| KR102192981B1 (ko) * | 2020-10-23 | 2020-12-18 | 한국해양과학기술원 | 퇴적물의 유기탄소 산화율 측정기능이 제공된 아르고 플로트 |
| CN113673118A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-11-19 | 中国水利水电科学研究院 | 一种预测湖泊水体pH值的方法 |
-
2001
- 2001-06-26 JP JP2001192471A patent/JP3836339B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2009264913A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Kimoto Denshi Kogyo Kk | 水中全アルカリ度測定方法 |
| WO2017110889A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 国立大学法人東京大学 | 海水の炭酸系パラメータの精密測定方法および該方法に用いる測定装置 |
| JPWO2017110889A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2018-10-18 | 国立大学法人 東京大学 | 海水の炭酸系パラメータの精密測定方法および該方法に用いる測定装置 |
| KR102192981B1 (ko) * | 2020-10-23 | 2020-12-18 | 한국해양과학기술원 | 퇴적물의 유기탄소 산화율 측정기능이 제공된 아르고 플로트 |
| CN113673118A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-11-19 | 中国水利水电科学研究院 | 一种预测湖泊水体pH值的方法 |
| CN113673118B (zh) * | 2021-09-07 | 2024-02-13 | 中国水利水电科学研究院 | 一种预测湖泊水体pH值的方法 |
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|---|---|
| JP3836339B2 (ja) | 2006-10-25 |
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