石筍の炭酸凝集同位体から過去数万年間の気温・降水量変化を読み解く

• Project/Area Number: 20J00843
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17030:Human geosciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 加藤 大和 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD) (70782019)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 石筍 / 凝集同位体 / 古気候 / 温度復元 / アジアモンスーン / 温暖化 / ハインリッヒイベント / 炭酸凝集同位体 / 酸素同位体 / 気温変動 / 後期更新世 / 完新世 / トゥファ / 古環境

Outline of Research at the Start

本研究は、石筍やトゥファなどの、陸域炭酸塩試料を日本国内から広く採取し、(1)ウラン-トリウム法による年代決定、(2)凝集同位体による温度復元、(3)酸素同位体からの降水変動の推定を行う。これらの手法を複合的に用いることで、日本陸域における気温と降水現象の変動史や、その地域性を解明する。
特に、最終氷期から現在までの陸上気温回復の過程や、中期完新世の温暖化、中世の温暖期や江戸時代の小氷期の温度変化など、我々人類の活動と関わりの深い、数百から数万年スケールの気候変動記録を提示することを目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

本年は、岐阜県大滝鍾乳洞から採取された石筍OT02の分析により得られた研究成果を、国際誌Chemical Geologyにオープンアクセス論文として掲載した。石筍OT02は、63.5から34.8千年前と、8.8から2.6千年前の２期間の形成年代を持つ。本論では、同石筍の計66層準について炭酸凝集同位体（Δ47）組成の測定を行い、ヒプシサーマル期をピークとした完新世の温暖化や、ハンリッヒイベントに対応した寒冷化を、定量的な温度変化カーブとして復元できた。また、復元された温度情報と、石筍の安定酸素同位体組成から、過去の洞窟水の安定酸素同位体組成を計算した。数百年規模のタイムスケールの変動に着目すると、気温が高い（低い）時期に、同地域の降水の酸素同位体組成は重く（軽く）なる傾向が見られ、夏季・冬季アジアモンスーンの強度変化に関連した、気温と降水の共進化現象を解明できた。
この他、石筍古気候研究に関連する２件の国内誌論文に共著として参加したほか、国内の学会では筆頭として２件、共同発表者として３件の発表を行なった。
筆頭の学会発表のうち１件は、本研究課題を通して得られた複数の石筍測定データに基づく成果であり、2種の凝集同位体指標を併用し、石筍の炭酸凝集同位体組成に見られる非平衡効果を、定量的に補正する手法を報告した。
上記の成果公表に並行し、三重県産石筍の炭酸凝集同位体分析を行い、より長期の古気温データ復元を行なった。また、東北各県と鹿児島県徳之島の鍾乳洞調査を行い、新規の研究試料の採取も行なった。
石筍酸素同位体組成変動の解釈に重要な意味を持つ、降水の酸素同位体組成の季節性を観測するため、観測記録の乏しい静岡県静岡市と宮城県仙台市では、毎月の雨水採取を継続した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coevolutions of terrestrial temperature and monsoonal precipitation amounts from the latest Pleistocene to the mid-Holocene in Japan: Carbonate clumped isotope record of a stalagmite (2023)
  • Author(s): Kato Hirokazu、Mori Taiki、Amekawa Shota、Wu Chung-Che、Shen Chuan-Chou、Kano Akihiro
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 622 Pages: 121390-121390
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2023.121390
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 基礎データから考える第四紀学の新展開 日本における石筍古気候学の展開 (2022)
  • Author(s): 狩野彰宏、森大器、加藤大和
  • Journal Title: 月刊地球（地球） Volume: 44
• [Journal Article] サンゴ礁科学研究-多分野異文化融合の拠点へ-サンゴ礁と地球環境の過去と現在,未来-トゥファを用いた古気候記録の高解像度解読 (2022)
  • Author(s): 狩野彰宏、村田彬、加藤大和、茂野潤
  • Journal Title: 月刊地球（海洋） Volume: 54
• [Journal Article] Carbonate clumped isotope thermometry of fault rocks and its possibilities: tectonic implications from calcites within Himalayan Frontal Fold-Thrust Belt (2021)
  • Author(s): Sarkar Dyuti Prakash、Ando Jun-ichi、Kano Akihiro、Kato Hirokazu、Ghosh Gautam、Das Kaushik
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-021-00435-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influences of temperature and the meteoric water δ18O value on a stalagmite record in the last deglacial to middle Holocene period from southwestern Japan (2021)
  • Author(s): Hirokazu Kato, Shota Amekawa, Masako Hori, Chaun-Chou Shen, Yoshihiro Kuwahara, Ryoko Senda, Akihiro Kano
  • Journal Title: Quaternary Science Reviews Volume: 253 Pages: 106746-106746
  • DOI: 10.1016/j.quascirev.2020.106746
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stalagmite evidence for East Asian winter monsoon variability and 18O-depleted surface water in the Japan Sea during the last glacial period (2021)
  • Author(s): Shota Amekawa, Kenji Kashiwagi, Masako Hori, Tomomi Sone, Hirokazu Kato, Tomoyo Okumura, Tsai-Luen Yu, Chuan-Chou Shen, Akihiro Kano
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 8 Issue: 1 Pages: 18-18
  • DOI: 10.1186/s40645-021-00409-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Resetting Southern Tibet: The serious challenge of obtaining primary records of Paleoaltimetry (2020)
  • Author(s): Quade J.、Leary R.、Dettinger M.P.、Orme D.、Krupa A.、DeCelles P.G.、Kano A.、Kato H.、Waldrip R.、Huang W.、Kapp P.
  • Journal Title: Global and Planetary Change Volume: 191 Pages: 103194-103194
  • DOI: 10.1016/j.gloplacha.2020.103194
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 二種の凝集同位体組成（Δ47とΔ48）の併用による多様な炭酸塩試料中の非平衡効果の推定 (2022)
  • Author(s): 加藤大和、狩野彰宏
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 淡水成炭酸塩に記録された始新世中期における九州地方の降水パターンの変化 (2022)
  • Author(s): 佐久間杏樹、狩野彰宏、柿崎喜宏、加藤大和、仁木創太、平田岳史
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
  • Invited
• [Presentation] 日本産石筍が記録したハインリッヒイベント期の気候 (2022)
  • Author(s): 加藤大和、森大器、狩野彰宏
  • Organizer: 日本地質学会第129年学術大会
• [Presentation] 鹿児島県徳之島におけるカスケード型トゥファと石筍を用いた過去200年間の古気候解析 (2022)
  • Author(s): 村田彬、加藤大和、狩野彰宏
  • Organizer: 日本地質学会第129年学術大会
• [Presentation] 日本産石筍同位体記録の解釈と量的効果の定量化 (2022)
  • Author(s): 狩野彰宏、加藤大和、村田彬、柏木健司
  • Organizer: 日本地質学会第129年学術大会
• [Presentation] 広島県および岐阜県産石筍の安定酸素同位体比への温度効果 (2021)
  • Author(s): 加藤 大和, 森 大器, 雨川 翔太, 狩野 彰宏
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] カスケード型トゥファの年縞認定と高解像度安定同位体記録 (2021)
  • Author(s): 村田 彬, 加藤 大和, 狩野 彰宏
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] 淡水成炭酸塩の産状から示唆される九州地方における始新世の湿潤化 (2021)
  • Author(s): 佐久間 杏樹, 狩野 彰宏, 柿崎 喜宏, 加藤 大和, 仁木 創太, 平田 岳史
  • Organizer: 日本地質学会第128年学術大会
• [Presentation] 徳之島のカスケードトゥファに記録された酸素安定同位体比と太平洋十年規模振動の関係 (2021)
  • Author(s): 村田 彬, 加藤 大和, 狩野 彰宏
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会
• [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, Jin-Ping
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会