教育発展研究の相談
集められた海水の化学分析により、主要成分が海域によらず、一様に分布していることが見いだされた。
しかし、微量元素の分析は容易ではなかった。
微量元素の正確な濃度が得られるようになったのは、高感度な原子スペクトル分析法や質量分析法など、機器分析法が普及しはじめた一九七○年代以降である。
圧倒的に濃度の高い主要成分は、微量成分の分析にとって種々の妨害をひきおこす。
そこで、分析しようとする微量元素を、あらかじめ分離・濃縮する必要がある。
さらに微量成分の分析では、試料の採取、前処理、定量の操作中に、目的成分が周囲から混入（コンタミネーション）しないように注意しなければならない。
コンタミネーションの原因には、観測船、採水装置、実験器具、試薬、大気中のちりなど、さまざまなものがある。
コンタミネーションを防ぐクリーン技術が開発されて、はじめて微量元素の信頼しうる値が得られるようになってきた。
海の水が塩辛いのは、無機元素がイオンの形で溶けているからである。
典型的な海水では海塩の濃度は三・五％である（これを塩分とよび、無次元で三五と表す）。
海塩の主要成分イオンは、塩化物、ナトリウム、マグネシウム、硫酸、カルシウム、カリウムである。
海水には、地球上に存在するほとんどすべての元素が溶けているが、これら六つのイオンが海塩の質量の九九・八％を占める。
主要成分の比率は、世界中の海でほぼ一定である。
そのため海塩についての一つの性質（たとえば電気伝導度）を測れば、主要成分の濃度を正確に見積もることができる。
一方、これら主要成分以外の微量元素の分布は、海水の混合や、生物活動、および化学反応によってさまざまに変化する。
リン、硝酸の窒素、ケイ酸のケイ素である。
リンと窒素はすべての生物に必須である。
ケイ素は、ケイ藻や放散虫などが二酸化ケイ素殻をつくるのに使われる。
ふつう外洋では、植物プランクトンは光合成によって栄養塩元素を使いつくすまで増殖する。
そのため有光層中の栄養塩濃度はきわめて低くなり、生物生産を制限する。
植物プランクトンは動物プランクトンに補食され、大きな粒子となって深海へ沈降する。
沈降粒子中の有機物は、バクテリアによって分解され、リン酸、硝酸を放出する。
沈降粒子中の二酸化ケイ素殻も深海で溶解する。
こうして深層水中の栄養塩濃度が増加する。
リン、窒素、ケイ素の平均滞留時間は、六千から十万年である。
太平洋深層水は、大西洋に比べて栄養塩に富んでおり、リンと窒素は二倍、ケイ素は五倍ある。
これは海洋大循環とかかわっている。
北大西洋深層水は、栄養塩が使いつくされた表層水が沈み込んでつくられるため、栄養塩濃度は低い。
しかし深層水が大西洋を南下し、インド洋から太平洋へと流れていく問に、表層から降ってきた栄養塩が付加されていく。
こうして、生物活動と海洋の循環が、栄養塩元素のダイナミックな濃度勾配を北太平洋における溶存元素の鉛直分布を、周期律表の形にならべたものを示す。
元素の鉛直分布は、大きく以下の三つのタイプに分けられる。
第一のタイプは、表層から深層まで濃度の一様な保存性成分型である。
これにはモリブデンなどが属する。
モリブデンは四酸化モリブデンイオンのような酸素酸アニオン（陰イオン）として溶けており、海水から除去されにくい。
海洋に供給された溶存物質が、海洋から除去されやすいか、されにくいかを示す数値として、平均滞留時間という指標がある。
平均滞留時間は（溶存物質の海洋における全量）を（溶存物質の海洋への供給速度）で割ったものである。
保存性成分型元素の平均滞留時間は、十万年以上と非常に長い。
海洋の大循環に要する時間（約千年）に比べてずっと長いので、これらの元素は海洋でよくかくはんされ、均一に分布するのである。
第二の鉛直分布は、表層で濃度が低く、深層で増加する栄養塩型である。
代表的な栄養塩元素は、リン酸とし決めている。
第三は、濃度が表層でむしろ高く、深層で減少するタイプ（スキャベンジ型）である。
マンガン、鉛などがこのタイプに相当する。
これらの元素の平均滞留時間は千年以下と短い。
これらの元素は、海水中の粒子に吸着しやすく、粒子の沈降によって海水からすみやかに除去（スキャベンジ）される。
表層で濃度が高いのは、外洋へはおもにちりとして大気経由で運ばれるためである。
栄養塩型元素とは逆に、スキャベンジ型元素は、大西洋より太平洋深層水の方が低濃度である。
これは海洋の循環の間に、深層水から徐々に除去されるからである。
鉄が地球気候を支配する？温、日射の不足、海水の物理構造の不安定さ、動物プランクトンによる摂食などが原因ではないかといわれていたが、どれも決め手に欠けていた。
そこで登場した考えが、鉄の不足である。
鉄はさまざまな金属タンパク質や酵素に含まれており、すべての生物に必須である。
鉄は光合成、呼吸、窒素代謝、活性酸素種の分解など、さまざまな生理学的役割をになっている。
地殻中では鉄は六番目に豊富な元素である。
しかし、酸素をふくむ海水中では、鉄は三価鉄イオンとして存在し、その溶解度が低いために、鉄の濃度はナノモルという超微量である。
海水中の酸素濃度が低かった太古代には、鉄は二価イオンとして多量に溶けており、原始生物は鉄を簡単に利用できたであろう。
しかし、光合成による酸素の増加によって、鉄は三価に酸化され、沈殿物として除かれたため、鉄を効率的に獲得することが、生物にとって深刻な問題となった。
生物への鉄の影響を調べるには、海洋の鉄の分布をまず知らねばならない。
しかし、コンタミネーションをおこしやすい鉄の分析はきわめて難しかった。
モス・ランディング海洋研究所のMらは、徹底的なクリーン技術を開発し、一九八○年代にはじめて外植物プランクトンは、ふつう表層水中のリン、窒素、ケイ素を使いつくすまで増殖する。
ところが、南極海や太平洋北東域（アラスカ湾）、赤道域などでは、栄養塩が残っているにもかかわらず、植物プランクトンがふえないことが知られていた。
数字は大気経由の鉄フラックス（ｍg/ｍ２/年）を示す洋における鉄の分布をあきらかにした。
Mらによるアラスカ湾のデータであるが、あきらかに栄養塩型を示している。
植物プランクトンは栄養塩元素をほぼ一定の比率で取り込む。
世界の海で観測された平均値は、リン一原子の取り込みに対して、窒素一六原子、炭素一○六原子である。
この関係をレッドフィールド比とよぶ。
Mらは、リン一に対して○・○○五の鉄が必要であると推定した。
この比に基づいて考えると、アラスカ湾では鉄は硝酸やリン酸よりも先に枯渇することになる。
鉄の不足は、南極海、赤道太平洋でも確認された。
河川から海洋に供給された鉄は、大部分が沿岸で除去されてしまう。
そこで外洋に鉄をもたらすものは何かというと、黄砂のように風で運ばれるちり（土壌粒子）である。
これは硝酸やリン酸がおもに深層水の湧昇によって供給されるのと対照的である。
ところが、高栄養塩ー低クロロフィル海域は、ちりの供給源から遠く離れているために、大気経由の鉄供給量が低い。
Mはこれらの事実に基づき、高栄養塩ー低クロロフィル海域の生物生産は鉄によって制限されていると主張した。
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