Linkage of the Earth's tipping points and the subseafloor biosphere
| Project/Area Number |
22K18426
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
黒田 潤一郎 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (10435836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
諸野 祐樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30421845)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | 地下生命圏 / tipping point / ハイエイタス / 生痕化石 / 火山灰層 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，古環境学と微生物学の融合を通して，過去の地球環境の転換点(tipping point)に応答して変化する海底堆積物の岩相が，同時に現在の海底下生命圏の分布や群集組成を規定するという仮説を検証する．この仮説はこれまで浅部海底下研究で示唆されている．本研究では，さらに深堀りするため，過去の地球環境の転換点で形成された多様な地質学的境界（ハイエイタスや明暗色互層など）に伴う微生物群集の構造変化と分布を調査する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，古環境学と微生物学を融合させる新たな学術体系の開拓を通して，過去の地球環境の転換点（ティッピングポイント）が現在の海底下生命圏を規定しているという仮説の検証に挑む．海底下深部に広がる地球最大の微生物生命圏は，生命生存の極限的に低いエネルギー条件であるにもかかわらず，1億年前に堆積した地層においても生きた生命を宿す環境として知られている．泥質堆積物中で棲息する微生物は孔隙サイズが小さいため，海底堆積物を移動できない．この海底堆積物の岩相，つまり現在の海底下生命の生息環境としての特性は，過去の気候や海洋環境変化に応答して変動する．過去の環境変動が現在の海底下微生物の群集構造・分布を少なくとも部分的に規定していることは，いくつかの浅部海底下研究から示唆されてきた．そこで本研究では，過去の地球環境の大きな転換点で形成された地質学的境界1)ハイエイタス，2)火山灰層，3)明暗色互層，4)生痕化石に注目し，その地質学的境界に伴う「生の」微生物の群集構造の変化と分布を調査する．1)ハイエイタスは，長期的間隙が作る境界である．ハイエイタスの上下での現生微生物の群集構造や微生物細胞数の変化を追う．2)火山灰層は高間隙率で透水性が高いため，上下位の泥質堆積物と強い物性のコントラストを生む．火山灰層とその上下位の堆積物を分析し，噴火前・中・後の堆積物の微生物群集構造を解析する．3)日本海の明暗色互層は，酸化還元条件のコントラストを持つ地質学的境界である．これは氷期-間氷期の海水準変動に呼応している．日本海の明暗色互層を回収し，酸化還元変動に応じた微生物群集組成を解析する．4)生痕化石は堆積後に底生動物が作る複雑な形態の地質境界である．生痕化石の中と外，そして海底下浅部から深部にかけて微生物群集構造や分布がどう変化するのかを詳らかにする．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度には，白鳳丸KH-22-3次研究航海で沖縄トラフと奄美北西沖にて予定通り火山灰層を含む半遠洋性堆積物が回収された．この試料は高知コアセンターKCCに輸送された後，Ｘ線CTスキャン，半割処理して岩相の記載を行い，火山灰層の周辺と生痕化石の内外を判定し，微生物分析用にサンプリングした．現在，微生物分析を行っている．また，本研究課題のテーマ3)日本海の明暗色互層の採泥については，東京大学大気海洋研究所の共同利用航海に申請し，高い評価を得て日本海でのピストンコア採泥とマルチプルコア採泥が採用された．採用された航海は，2023年度に新青丸KS-23-5次航海（2023年4月12～17日）で実施された．この航海は，日本海秋田沖の水深700～800mの地点で8m長のピストンコア採泥とマルチプルコア採泥を実施し，完新世から更新世後期の酸素同位体ステージ3（約5万年前）まで遡る堆積物記録を得ることを目的としている．この航海では，本研究課題のテーマ3)日本海の明暗色互層に加えて，本研究課題のテーマ2)火山灰層とテーマ4)生痕化石が得られており，本研究課題の科学テーマの多くが得られる画期的な研究航海となる．この航海は2023年4月中旬に実施されたため詳細な報告は2023年度の報告に譲るが，荒天の中，採泥を実施することができ，予定通りのコアが回収できた．回収されたコアには明暗色互層が認められ，火山灰層も認められた．
なお，諸野が乗船して北極海で実施予定であった国際深海掘削計画IODP Expedition 377 航海はロシアによるウクライナ侵攻の影響で正式に中止となった．本研究課題でターゲットにしていた北極海のハイエイタスの掘削はひとまず実施できず，この代わりに別のハイエイタスの回収の計画を立案する（後述）．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，2022年度に採取された白鳳丸KH-22-7次研究航海で沖縄トラフと奄美北西沖にて回収された堆積岩の年代層序学的検討，古環境学的検討，火山灰層の同定，そして微生物学的検討を進める．このコアの分析により，テーマ2)火山灰層の微生物群集を明らかにすることができる．
また，日本海でのピストンコア採泥とマルチプルコア採泥が採用された航海を，2023年度に新青丸KS-23-5次航海（2023年4月12～17日）で日本海秋田沖の水深700～800mの地点で8m長のピストンコア採泥とマルチプルコア採泥を実施し，完新世から更新世後期の酸素同位体ステージ3（約5万年前）まで遡る堆積物記録を得る．この航海では，本研究課題のテーマ3)日本海の明暗色互層に加えて，本研究課題のテーマ2)火山灰層とテーマ4)生痕化石も回収でき，本研究課題の科学テーマの多くが得られる画期的な研究航海となる．
諸野が乗船して北極海で実施予定であった国際深海掘削計画IODP Expedition 377 航海は延期となった．本研究課題でターゲットにしていた北極海のハイエイタスの掘削（テーマ1）は，ロシアによるウクライナ侵攻のため，正式に中止となった．このため，このプロジェクトの代わりとなるハイエイタスの回収の計画を立案する．それは，シャツキー海台の表層堆積物で報告されているハイエイタスで，およそ1億年間の超・長期的堆積間隙があり，本研究課題のテーマ1を検証するのに最適な試料を提供する．東京大学大気海洋研究所の船舶共同利用もしくは地球深部探査船「ちきゅう」を用いたSCOREプログラムに応募する予定である．
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Abrupt episode of mid-Cretaceous ocean acidification triggered by massive volcanism2023
Author(s)
Jones Matthew M., Sageman Bradley B., Selby David, Jacobson Andrew D., Batenburg Sietske J., Riquier Laurent, MacLeod Kenneth G., Huber Brian T., Bogus Kara A., Tejada Maria Luisa G., Kuroda Junichiro, Hobbs Richard W.
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Journal Title
Nature Geoscience
Volume: 16
Issue: 2
Pages: 169-174
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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