+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解のふるまいと特性の解明

• Project/Area Number: 20H00626
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 正伸 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60332475) ; 菅沼 悠介 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (70431898) ; 池原 実 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90335919)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000); Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2021: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2020: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
• Keywords: 南極氷床 / 鮮新世 / 中新世

Outline of Research at the Start

南極氷床が温暖化に対して敏感であることが明らかになり、温暖化の進行による海面上昇に対する危機感が高まっている。最新のIPCC特別報告書では将来の海面上昇予測が大幅に上方修正され、最も温暖化が進行するシナリオによれば300年後に海面が数メートル上昇するという。現在「温暖化が進行した場合にどの段階でどのような速度で南極氷床融解が進行しうるか？」が海面上昇予測における核心的な問いになっている。本研究では、現在より全球平均気温が+1℃から+5℃温暖であった時代における南極氷床の融解過程を100年スケールの解像度で復元し、+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解の特性を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

近年の研究により、南極氷床がこれまで考えられていた以上に温暖化に対して敏感であることが明らかになり、今後の温暖化の進行による海面上昇に対する危機感が高まっている。そのため、「温暖化が進行した場合にどの段階でどのような速度で南極氷床融解が進行しうるのか？」が海面上昇予測における核心的な「問い」になっている。そこで本研究では、過去の温暖期を将来の温暖地球の類型と捉え、現在より全球平均気温が+1℃から+5℃（海面が+5から+40mまで上昇）温暖であった時代における南極氷床の融解過程を100年スケールの解像度で復元することで、+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解のふるまいと特性を調べた。
過去の温暖期の南極の環境変動の復元には国際深海科学掘削計画（IODP）において西南極ロス海で昨年掘削された海底堆積物コアを用いた。＋３℃および＋５℃まで温暖な気候状態における南極氷床の応答はそれぞれ中期鮮新世温暖期（330-300万年前）および中期中新世気候最適期（1600万年前）の南極の氷床と気候の実態解明により、明らかにする。中期鮮新世温暖期および中期中新世気候最適期の南極古環境復元はそれぞれ堆積物コアU1524およびU1521を用いた。南極氷床の動態は氷床融解の代理指標として提案されている脂肪酸の水素同位体比と氷山の代理指標として利用されている漂流岩屑（IBRD）の分析から推定し、海水温度はGDGT古水温法にて復元した。どちらの時代においても南極氷床が千年スケールでダイナミックに変動していたことが示唆された。一方で、ロス海の海水温度はどちらの時代も現在よりも数℃程度高い値を示した。これらの結果は数℃の水温上昇で南極氷床の著しい縮小が引き起こされることを示唆する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

学術研究員と技術補助員を雇用し、サンプルの分析の効率化を図ったことで、鮮新世温暖期と中新世温暖期における高時間分解能の古気候データの生成にむけて予定していたデータを生成することができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は引き続き堆積物試料の分析を継続し、鮮新世温暖期と中新世温暖期における水温ならびに氷床融解記録の時間解像度を倍増させる。200-400年の時間解像度の古気候記録の生成を目指す。最終的に得られた古気候記録を解析し、本研究の目的である＋５℃まで温暖化する過程における南極氷床の融解プロセスの実態を解明する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Victoria University of Wellington/GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] Imperial College London/University of London(英国)
• [Int'l Joint Research] インペリアル・カレッジ・ロンドン/英国南極観測局(英国)
• [Int'l Joint Research] ビクトリア大学ウェリントン(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] ビンガムトン大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ビクトリア大学ウェリントン(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] インペリアルカレッジロンドン/バーミンガム大学(英国)
• [Int'l Joint Research] ボン大学(ドイツ)
• [Journal Article] Radiolarian assemblages related to the ocean?ice interaction around the East Antarctic coast (2024)
  • Author(s): Iizuka Mutsumi、Itaki Takuya、Seki Osamu、Makabe Ryosuke、Ojima Motoha、Aoki Shigeru
  • Journal Title: Journal of Micropalaeontology Volume: 43 Issue: 1 Pages: 37-53
  • DOI: 10.5194/jm-43-37-2024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Towards a Cenozoic history of atmospheric CO2 (2023)
  • Author(s): Barbel Honisch, 他多数, Osamu Seki, 他多数（著者86名）
  • Journal Title: Science Volume: 382 Issue: 6675 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1126/science.adi5177
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amplified surface warming in the south-west Pacific during the mid-Pliocene (3.3-3.0 Ma) and future implications (2023)
  • Author(s): 6.Georgia R. Grant, Jonny H. T. Williams, Sebastian Naeher, Osamu Seki, Erin L. McClymont, Molly O. Patterson, Alan M. Haywood, Erik Behrens, Masanobu Yamamoto, and Katelyn Johnson
  • Journal Title: Climate of the Past Volume: 19 Issue: 7 Pages: 1359-1381
  • DOI: 10.5194/cp-19-1359-2023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiple episodes of ice loss from the Wilkes Subglacial Basin during the Last Interglacial (2023)
  • Author(s): 7.Iizuka M, Seki O, Wilson D J, Suganuma Y, Horikawa K, van de Flierd T, Ikehara M, Itaki T, Irino T, Yamamoto M, Hirabayashi M, Matsuzaki H, Sugisaki S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37325-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sensitivity of the West Antarctic Ice Sheet to +2°C (SWAIS 2C) (2022)
  • Author(s): Patterson et al.
  • Journal Title: Scientific Drilling Volume: 30 Pages: 101-112
  • DOI: 10.5194/sd-30-101-2022
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A large West Antarctic Ice Sheet explains early Neogene sea-level amplitude (2021)
  • Author(s): Marschalek J. W.、Zurli L.、Talarico F.、et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 600 Issue: 7889 Pages: 450-455
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04148-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Early and middle Miocene ice sheet dynamics in the Ross Sea: Results from integrated core-log-seismic interpretation (2021)
  • Author(s): Perez, LF, Santis, LD, McKay, RM, et al.
  • Journal Title: GSA Bulletin Volume: 134 Issue: 1-2 Pages: 348-370
  • DOI: 10.1130/b35814.1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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] Mid-Holocene Antarctic sea-ice increase driven by marine ice sheet retreat (2021)
  • Author(s): Ashley, KE, McKay, R, Etourneau, J, Jimenez-Espejo,FJ, Condron, A, Albot,A, Crosta, X, Riesselman, C, Seki, O, Masse, G, Golledge,NR, Gasson, E, Lowry, DP, Barrand, NE, Johnson,K, Bertler, N, Escutia, C, Dunbar, R, Bendle, JA
  • Journal Title: Climate of the Past Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-19
  • DOI: 10.5194/cp-17-1-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / 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
• [Presentation] Reconstruction of paleoceanographic changes in the Antarctic zone during the Pleistocene based on the newly developed GDGT-based water mass proxy (2023)
  • Author(s): 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、ウェーバー マイク
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Ice Sheet Destabilisation in the Wilkes Subglacial Basin during the Last Interglacial (2023)
  • Author(s): Mutsumi Iizuka, Osamu Seki, David J. Wilson, Yusuke Suganuma, Keiji Horikawa, Tina van de Flierdt, Minoru Ikehara, Takuya Itaki, Tomohisa Irino, Masanobu Yamamoto, Motohiro Hirabayashi, Hiroyuki Matsuzaki, Saiko Sugisaki
  • Organizer: Instabilities and thresholds in Antarctica (INSTANT) 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 最終間氷期における南極氷床と海洋の変動の関連解明 (2023)
  • Author(s): 飯塚 睦, 関 宰
  • Organizer: 日本地球化学会第71回年会
• [Presentation] The Antarctic ice sheet and Southern Ocean dynamics during the Last Interglacial (2021)
  • Author(s): 飯塚 睦、関 宰、山本 正伸、板木 拓也、Weber Michael E.、Raymo Maureen E.、Peck Victoria L.、Williams Trevor、IODP Expedition 382 scientists
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [Presentation] Reconstruction of ice sheet dynamics in Totten Glacier/Aurora Subglacial Basin, East Antarctica during the Last Interglacial (2021)
  • Author(s): 関 宰、飯塚 睦、堀川 恵司、van De Flierdt Tina、池原 実、入野 智久、板木 拓也、杉崎 彩子
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [Presentation] 鮮新世中期の温暖期におけるスコシア海の海面温度の復元 (2021)
  • Author(s): 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、マイケル・E・ウ ィーバー、マウリーン・E・レイモ、ビクトリア・L・ペック、ウィリアムズ・トレバ ー、IODP Expedition 382 研究者
  • Organizer: 第7回地球環境史学会年会
• [Presentation] GDGT古水温法を用いた過去の温暖期における南大洋の水温復元 (2021)
  • Author(s): 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、IODP Expedition 382 研究者
  • Organizer: 第38回 有機地球化学会
• [Presentation] バイオマーカーを用いた最終間氷期における南大洋高緯度域の古環境復元 (2021)
  • Author(s): 飯塚睦、関宰、山本正伸、IODP Expedition 382 scientists
  • Organizer: 第38回 有機地球化学会
• [Presentation] Antarctic ice sheet dynamics during the Last Interglacial (2020)
  • Author(s): 飯塚 睦、関 宰、堀川 恵司、Tina van de Flierdt、入野 智久、山本 正伸、板木 拓也、杉崎 彩子、池原 実、菅沼 悠介
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research