新たな古環境指標の探索と後期中新世～鮮新世の氷床／海氷／南極周極流システム発達史

• Project/Area Number: 19J01441
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: University of Tsukuba (2021); Kochi University (2019-2020)
• Principal Investigator: 加藤 悠爾 筑波大学, 生命環境系, 特任助教
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 珪藻 / 黄金色藻シスト / 南大洋 / 南極氷床 / 黄金色藻 / 微化石

Outline of Research at the Start

南大洋（南極海）は，地球環境に大きな影響を与える重要な海域であり，過去の南大洋でどのような環境変動が起こっていたのかを具体的に知ることは，地球システムを理解する上で必須課題である．本研究は，急激な寒冷化や温暖化が起こったとされる後期中新世～鮮新世（約600～250万年前）の南大洋における海流・海氷・氷床の変動史を総合的に復元する試みである．研究試料には，南大洋の堆積物に多産する珪藻や黄金色藻類（植物プランクトンの仲間）の化石を用いる．

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の柱のひとつである黄金色藻シストに関しては，以下の分析を行った．まず，南大洋大西洋セクターの約30地点（研究航海KH-19-6 Leg 4）で採取した海水濾過試料の定量分析を行い，南大洋大西洋セクターにおける現生珪藻群集組成と黄金色藻シスト存在量，およびそれらの地理分布が網羅的に解明された．その結果，融氷水の影響下にあると考えられる軽い酸素同位体比を持つ海水試料に黄金色藻シストが多く含まれていることがわかった．さらに，南極半島沿岸域において採取された堆積物コア試料（KH-19-6 Leg 4 PC 01）で微化石分析（珪藻化石群集，珪藻存在量，黄金色藻シスト化石存在量）を行なったところ，黄金色藻シスト化石の産出量は，氷山融解を指標するIBRD（漂流岩屑）の産出量パターンと良く一致した．また，これらの分析で完新世中期温暖期における氷床融解イベント（約5000〜3200年前）を検出するなど，完新世の南極半島氷床変動に関する新たな知見も得られた．このように現生試料・化石試料の両者の分析を通じて，黄金色藻シスト化石の産出が融氷イベントの指標となることを裏付ける証拠を得ることができた．これらの成果は複数の国際誌論文として投稿予定である．
珪藻化石による古環境復元・古環境プロキシ開発については，以下の進展があった．まず，受入研究機関で習得した珪藻殻酸素同位体比分析の前処理法を改良し，任意の様々な珪藻種を分離・濃集する技術を開発した．具体的には，珪藻殻が発する蛍光の特性がタクサによって異なることを利用して，簡易的な前処理とセルソーターを用いた手法である．本成果は国際誌論文として投稿中である．また，IODP Exp. 382（2019年度初頭に乗船）で得た高解像度の第四紀堆積物 Site U1538の珪藻化石分析が引き続き進行中で，最終間氷期における海氷分布の減少や生物生産量の増大などが検出されている．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Antiphased dust deposition and productivity in the Antarctic Zone over 1.5 million years (2022)
  • Author(s): Weber Michael E.、Bailey Ian、Hemming Sidney R.、et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2044-2044
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29642-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Geology and diatom biostratigraphy of the Neogene sedimentary sequence in the Sasamori Hills of the Dewa Mountains, Akita Prefecture, Japan (2021)
  • Author(s): 加藤悠爾、柳沢幸夫
  • Journal Title: The Journal of the Geological Society of Japan Volume: 127 Issue: 2 Pages: 105-120
  • DOI: 10.5575/geosoc.2020.0058
  • NAID: 130008038295
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • Year and Date: 2021-02-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Purification of Disc-Shaped Diatoms from the Southern Ocean Sediment by a Cell Sorter to Obtain an Accurate Oxygen Isotope Record (2021)
  • Author(s): Ijiri Akira、Izumi Takeshi、Morono Yuki、Kato Yuji、Terada Takeshi、Ikehara Minoru
  • Journal Title: ACS Earth and Space Chemistry Volume: 5 Issue: 10 Pages: 2792-2806
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.1c00201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New Magnetostratigraphic Insights From Iceberg Alley on the Rhythms of Antarctic Climate During the Plio‐Pleistocene (2021)
  • Author(s): Reilly B.,Tauxe L.,Brachfeld S.,Raymo M.,Bailey I.,Hemming S.,Weber M.,Williams T.,Garcia M.,Guitard M.,Martos Y.,Perez L.,Zheng X.,Armbrecht L.,Cardillo F.,Du Z.,Fauth G.,Glueder A.,Gutjahr M.,Hernandez‐Almeida I.,Hoem F.,Hwang J.H.,Iizuka M.,Kato Y.,Kenlee B.,O’Connell S.,Peck V.,Ronge T.,Seki O.,他2名
  • Journal Title: Paleoceanography and Paleoclimatology Volume: 36 Issue: 2 Pages: 1-27
  • DOI: 10.1029/2020pa003994
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Miocene to present oceanographic variability in the Scotia Sea and Antarctic ice sheets dynamics: Insight from revised seismic-stratigraphy following IODP Expedition 382 (2021)
  • Author(s): Perez L.F., Martos Y.M., Garcia M., Weber M.E., Raymo M.E., Williams T., Bohoyo F., Armbrecht L., Bailey I., Brachfeld S., Glueder A., Guitard M., Gutjahr M., Hemming S., Hernandez-Almeida I., Hoem F.S., Kato Y., O'Connell S., Peck V.L., Reilly B., Ronge T.A., Tauxe L., Warnock J., Zheng X.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 553 Pages: 116657-116657
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116657
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diatom-based reconstruction of the Subantarctic Front migrations during the late Miocene and Pliocene (2020)
  • Author(s): Kato, Yuji
  • Journal Title: Marine Micropaleontology Volume: 160 Pages: 101908-101908
  • DOI: 10.1016/j.marmicro.2020.101908
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Purification of disc-shaped diatoms from Southern Ocean sediment by cell sorter and their oxygen isotope analysis (2021)
  • Author(s): Ijiri, A., Izumi, T., Morono, Y., Kato, Y., Terada, T., Ikehara, M.
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abrupt Holocene ice-sheet retreat in Lutzow-Holm Bay, East Antarctica (2021)
  • Author(s): 菅沼 悠介，羽田 裕貴，板木 拓也，関 宰，石輪 健樹，川又 基人，藤井 昌和，草原 和弥，平野 大輔，岩井 雅夫，加藤 悠爾，松井 浩紀，天野 敦子，香月 興太，大森 貴之，平林 幹啓，松崎 浩之，山形 武靖，伊藤 優人，杉山 慎，西田 尚央，奥野 淳一，池原 実，三浦 英樹
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] セルソーターを用いた中心型珪殻の完全分離による珪藻殻酸素同位体指標の高精度化 (2021)
  • Author(s): 井尻 暁，泉 孟，諸野 祐樹，加藤 悠爾，寺田武志，池原 実
  • Organizer: 2021年度日本地球化学会第68回年会
• [Presentation] 東南極リュツォホルム湾海底堆積物から復元した最終氷期以降の氷床後退過程 (2021)
  • Author(s): 菅沼 悠介，羽田 裕貴，板木 拓也，石輪 健樹，藤井 昌和，加藤 悠爾，大森 貴之，天野 敦子，岩井 雅夫，西田 尚央，草原 和弥，平野 大輔，関 宰，香月 興太，川又 基人，松井 浩紀，奥野 淳一，池原 実，三浦 英樹
  • Organizer: 日本地質学会第128年学術大会
• [Presentation] 南極半島北西域における過去5000年間の氷床融解史 (2021)
  • Author(s): 加藤 広大，加藤 悠爾，山本 裕二，安 鉉善，朝日 博史，池原 実
  • Organizer: 第7回地球環境史学会年会
• [Presentation] セルソーターを用いた海底堆積物中に産する珪藻化石のタクサごとの分離 (2021)
  • Author(s): 加藤 悠爾，諸野 祐樹，井尻 暁，寺田 武志，池原 実
  • Organizer: 日本珪藻学会第41回研究集会
• [Presentation] Fossil diatom records from IODP Exp. 382 Sites U1536 and U1538 (preliminary results) (2020)
  • Author(s): Kato, Y., Weber, M.E., Raymo, M.E., Williams, T. and the IODP Expedition 382 Scientists
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Preliminary results of IODP Exp. 382: Iceberg Alley and Subantarctic Ice and Ocean Dynamics (2020)
  • Author(s): Kato, Y., Seki, O., Iizuka, M., Yamamoto, M., Weber, M.E., Raymo, M.E., Williams, T. and the IODP Expedition 382 Scientists
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] IODP Expedition 382 (Iceberg Alley) - Preliminary results on dust-climate couplings (2020)
  • Author(s): Weber, M.E., Raymo, M.E., Peck, V.L., Williams, T., Seki, O., Kato, Y., Iizuka, M. and IODP 382 Scientists
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] Migration history of the Subantarctic Front during the late Miocene and Pliocene based on diatom evidence (2019)
  • Author(s): Kato, Y.
  • Organizer: 13th International Conference on Paleoceanography
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新たな古環境プロキシとしての黄金色藻シスト化石 (2019)
  • Author(s): 加藤 悠爾，須藤 斎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 氷期間氷期を通じた南極前線変動の追跡 (2019)
  • Author(s): 松井 浩紀，加藤 悠爾，須藤 斎，池原 実
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • Invited