酸素極小層から深海まで続くマンガン酸化の実態を解明~セリウム同位体が明らかにする海洋中の新しい物質循環モデル~

2026-05-11 東京大学

東京大学やJAMSTECなどの研究グループは、北西太平洋の海水およびマンガンクラスト中のセリウム(Ce)安定同位体比を詳細解析し、酸素極小層(OMZ)から深海まで連続的にマンガン酸化物が形成されていることを明らかにした。従来は、OMZで溶存したMn²⁺がその下層の酸素豊富な海域で酸化・沈殿すると考えられていたが、本研究では水深10~6000mの海水とクラスト試料を解析し、Ce同位体比がOMZ内部で軽い同位体に富み、深部で重い同位体へ変化する特徴的な鉛直分布を確認した。さらに、SPring-8やPhoton FactoryでのXAFS測定により、Ceがマンガン酸化物へ酸化吸着される過程で同位体分別が生じることを示した。これにより、Mn酸化物は特定深度だけでなく広範囲の海水中で継続的に形成される新しい海洋物質循環モデルが提案された。成果は、海洋中のマンガン循環や希土類元素挙動の理解を進展させ、海底資源形成や古海洋環境復元研究への応用が期待される。

酸素極小層から深海まで続くマンガン酸化の実態を解明~セリウム同位体が明らかにする海洋中の新しい物質循環モデル~

<関連情報>

セリウム同位体分析により、酸素極小帯から太平洋深海まで全域で発生している水素起源の鉄マンガン被覆が明らかになった Cerium isotopes unveil hydrogenetic Fe-Mn encrustation occurring throughout from the oxygen minimum zone to the deep pacific

Wenshuai Li, Ryoichi Nakada, Hajime Obata, Naoya Kanna, […] , and Yoshio Takahashi
Science Advances  Published:1 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aee2813

Abstract

The interaction between a large, dissolved Mn reservoir in the oxygen minimum zone (OMZ) and the deeper oxygenated water allows for Mn oxidation and precipitation at their interface. The current paradigm posits that the OMZ acts as a Mn2+ source necessary for hydrogenetic ferromanganese encrustation, while the encrustation itself is not thought to occur within the OMZ, although this remains a subject of ongoing debate. Marine Fe-Mn crusts enrich critical metals including those with high affinity for Mn oxides (e.g., Ce), which provide insights into the fate of Mn. Here, we present the δ142Ce profiles in Fe-Mn crusts and surrounding seawater from the Northwest Pacific, demonstrating continuous growth of crusts from the OMZ to abyssal depths (5000 to 6000 meters). We identify heterogeneous δ142CeSW profiles in seawater and crusts across the OMZ in the Northwest Pacific Ocean, which are closely linked with the ocean Mn cycle. We further quantify a close association of Ce with Mn oxides in Fe-Mn crusts and Ce isotope fractionation between crusts and ambient seawater, bridging marine Mn and Ce cycles. These results support a revised model in which Mn oxide precipitation could initiate within the OMZ and persist into the deep ocean.

1702地球物理及び地球化学
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