洞窟内での鍾乳石コア掘削による最終氷期以降の日本の気候変動の解明

• Project/Area Number: 20H00628
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 植村 立 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (00580143)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阿部 理 名古屋大学, 環境学研究科, 助教 (00293720) ; 浅海 竜司 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00400242)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥45,370,000 (Direct Cost: ¥34,900,000、Indirect Cost: ¥10,470,000); Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000); Fiscal Year 2020: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
• Keywords: 鍾乳石 / 古気候 / 安定同位体 / 流体包有物 / 氷期 / 安定同位体比 / 最終氷期 / 水の同位体 / 氷期サイクル / 酸素同位体 / コア掘削

Outline of Research at the Start

長期間の気候変動データは、日射量等の変化に対する気候システムの応答を理解することに加え、気候シミュレーションの予測精度の向上のためにも必須といえる。近年、洞窟の鍾乳石の一種である石筍を用いた気候復元の研究が急速に拡大している。しかし、日本においては、大型の石筍が少なく、連続的なデータを得ることが困難であった。そこで、本計画では、洞窟内において、フローストーンと呼ばれる鍾乳石を掘削することで、連続かつ高時間分解能な気候変動データの取得を目指す。掘削したコアの安定同位体比や流体包有物の分析によって、過去の日本地域における気候変動の実態とその変動メカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本計画では、主に沖縄地域の洞窟内で鍾乳石を掘削し、鍾乳石コアを採取することで、連続・高時間分解能の環境・気候変動のデータを得る。さらに、鍾乳石内に閉じ込められた流体包有物の同位体比分析をおこなうことで定量的な気候復元を行う。具体的な研究は以下の２点について実施した。
(1)洞窟内でのボーリングコアを掘削：昨年度の沖縄本島での調査結果を踏まえて、本年度は沖縄県南大東島の山下洞において掘削を実施した。新型コロナウィルス感染症対策等によって、離島での掘削の実施は危ぶまれたものの12月に無事に実施することができた。洞内では４か所でのコア掘削により7本の石筍コアを得た。最長の試料は計126 cmのコア試料（異なる2本の石筍の可能性もある）であり、目視で見る限り昨年度の試料よりも土壌成分も少なく気候復元に適している良質な試料を得ることができた。一方で、成長軸からは部分的に逸脱していた。掘削作業は洞内の高い二酸化炭素濃度、固い石質、高湿度により掘削機材にとっても作業者にとっても過酷な環境であった。現在、これらの鍾乳石コアの切断・前処理を進め、年代測定、安定同位体比測定を進めている。
(2)同位体・化学分析による気候変動データ
昨年度改良した水蒸気連続フロー式の流体包有物の分析システムに参照試料を自動測定するためにオートサンプラーを組み入れる改良を行った。これにより、参照試料の測定は終夜運転が可能になった。また、分光式アナライザーの改良に向けた検討も行った。この装置を用いて国内の複数の鍾乳石の流体包有物同位体比測定を実施した。また、得られた試料の年代をウラン・トリウム法による放射性同位体分析をシンガポール南洋工科大学に於いて実施した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

新型コロナウィルス感染症対策等によって、掘削や切断作業の遅れは発生したものの、2回目のコア掘削は1回目よりも良質の試料を得ることに成功した。炭酸カルシウムの酸素・炭素同位体比測定は機器の不調などもありやや遅延した。流体包有物の分析装置の測定は順調に進んだ。これらを総合的に判断して、「おおむね順調」とした。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、鍾乳石コアの年代測定と同位体比分析を進める。また、これまでに得たデータの解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] Reconstruction of ocean environment time series since the late nineteenth century using sclerosponge geochemistry in the northwestern subtropical Pacific (2021)
  • Author(s): Asami Ryuji, Matsumori Taketo, Shinjo Ryuichi, Uemura Ryu, Miyaoka Yuki, Mizuyama Masaru, Ise Yuji, Sakamaki Takashi
  • Journal Title: PROGRESS IN EARTH AND PLANETARY SCIENCE Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-021-00434-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Last glacial temperature reconstructions using coupled isotopic analyses of fossil snails and stalagmites from archaeological caves in Okinawa, Japan. (2021)
  • Author(s): Ryuji Asami, Rikuto Hondo, Ryu Uemura, Masaki Fujita, Shinji Yamasaki, Chuan-Chou Shen, Chen Jin-Ping, Chung-Che Wu, Xiuyang Jiang, Hideko Takayanagi, Ryuichi Shinjo, Akihiro Kano, Yasufumi Iryu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 21922-21922
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01484-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] arbon and oxygen isotope records of Tridacna squamosa shells from two different latitudes in the Ryukyu Islands. (2020)
  • Author(s): Kodama, S., Takayanagi, H., Yoshii, K., Ha, T.T.N, Asami, R., Abe, O. and Iryu, Y.
  • Journal Title: Paleontological Research Volume: - Issue: 2 Pages: 79-92
  • DOI: 10.2517/2020pr003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High‐Resolution Evidence for Middle Holocene East Asian Winter and Summer Monsoon Variations: Snapshots of Fossil Coral Records (2020)
  • Author(s): Asami Ryuji、Yoshimura Natsumi、Toriyabe Hiroto、Minei Shogo、Shinjo Ryuichi、Hongo Chuki、Sakamaki Takashi、Fujita Kazuhiko
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 47 Issue: 16
  • DOI: 10.1029/2020gl088509
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of geochemical records as a paleoenvironmental proxy in the hypercalcified demosponge Astrosclera willeyana (2020)
  • Author(s): Ryuji ASAMI*, A. Kinjo, D. Ohshiro, T. Naruse, M. Mizuyama, R. Uemura, R. Shinjo, Y. Ise, Y. Fujita, and T. Sakamaki
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: － Issue: 1 Pages: 15-15
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00329-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] A temperature estimate for abrupt warming during the last deglaciation using isotopic analysis of fluid inclusions from a stalagmite in Okinawa, Japan (2021)
  • Author(s): Ryu Uemura, Satoru Mishima, Koki Nakamura, Ryuji Asami, Hirokazu Kato, Akihiro Kano, Jin-Ping. Chen, Chuan-Chou Shen
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 石筍の流体包有物の同位体比分析による最終退氷期における沖縄地域の気温復元 (2021)
  • Author(s): 植村 立、三嶋 悟、中村 光樹、浅海 竜司、加藤大和、狩野 彰宏、Chen Jin-Ping、Shen Chuan-Chou
  • Organizer: 地球環境史学会
• [Presentation] 石筍の流体包有物分析による最終退氷期における沖縄地域の気温上昇の定量的な復元 (2021)
  • Author(s): 植村 立、三嶋 悟、中村 光樹、浅海 竜司、加藤大和、狩野 彰宏、Chen Jin-Ping、Shen Chuan-Chou
  • Organizer: 日本地球化学会年会
• [Presentation] メモリー効果の影響がない水蒸気連続フロー方式による鍾乳石の流体包有物同位体分析手法の開発と評価 (2021)
  • Author(s): 植村 立
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 連合大会
• [Presentation] Tropical Pacific temperature seasonality and mean climate change during the last deglaciation from Tahiti Porites corals (2021)
  • Author(s): C. Oster, T. Felis, E. Hathorne, P. Deschamps, Ryuji ASAMI, U. Merkel, M. Kolling
  • Organizer: 14h International Coral Reef Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 喜界島サンゴ化石の酸素同位体比による後期完新世の数年～数十年スケール気候変動復元 (2021)
  • Author(s): K.-Y. Chuang・浅海竜司・高柳栄子・中森享・井龍康文
  • Organizer: 第24回日本サンゴ礁学会
• [Presentation] Speleothem as archive of past volcanism: Impact of Kikai volcano eruption (7.3 ka) on a remote oceanic island (2020)
  • Author(s): K. Tanaka, T. Miki, N. Takahata, R. Uemura, Ryuji ASAMI, T.-L. Yu, C.-C. Shen, K. Shirai, N. Murakami-Sugihara, K. Toyama, Y. Sano
  • Organizer: Goldschmidt
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A combination of fossil shell- and stalagmite-based paleoclimate reconstructions from an archaeological site of Okinawa Island, Japan (2020)
  • Author(s): Ryuji Asami, Rikuto Hondoh, Ryu Uemura, Ryuichi Shinjo, Chuan-Chou Shen, Akihiro Kano, Masaki Fujita, Shinji Yamasaki, Hideko Takayanagi, Yasufumi Iryu
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 連合大会2020年大会
• [Presentation] 最終氷期GI-21における南大東島の鍾乳石の酸素同位体比変動 (2020)
  • Author(s): 植村立、浅海竜司、阿部理、Shufang YUAN, Xianfeng WANG
  • Organizer: 日本地球化学会
• [Presentation] プロキシとしての水の酸素水素同位体比の基礎と展望 (2020)
  • Author(s): 植村立
  • Organizer: 日本地球化学会
  • Invited
• [Presentation] A stalagmite-inferred hydroclimate record over the past 1200 years in a western Pacific island (2020)
  • Author(s): Ryu UEMURA, Ryuji ASAM, Mahjoor Ahmad LONE, Yu-Chen CHOU, Chuan-Chou SHEN
  • Organizer: American Geophysical Union Fall meeting
  • Int'l Joint Research