Pliocene Warmth and Dynamic Antarctic Ice Sheet

• Project/Area Number: 23K21746
• Project/Area Number (Other): 21H03590 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 岩井 雅夫 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90274357)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀川 恵司 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (40467858)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
• Keywords: 鮮新世温暖期 / 西南極氷床 / アムンゼン海 / IODP Exp.379 / 珪藻化石 / 南極氷床 / 鮮新世 / 古地磁気逆転層準 / ガウスーギルバート境界 / Pliocene / Antarctic ice sheet / diatom / Amundsen Sea / IODP Exp. 379 / 南極氷床発達史 / 珪藻 / IODP

Outline of Research at the Start

現在温暖化に対し最も顕著に反応している西南極氷床近傍で掘削された初めての鮮新統海底堆積物を用い，西南極氷床ならびに近傍海洋の挙動を明らかにするとともに，他海域との相違を解明する．本研究では，4つの鮮新世温暖期地磁気逆転層準（3.33Ma, 3.60Ma, 4.30Ma, 4.63Ma）に着目し，各海洋酸素同位体ステージ(MIS)におけるミレニアムスケール（1000年オーダー）の氷床や海洋環境の動態を珪藻化石・鉛同位体等から復元，他地域既存データとの類似性や相違・位相等を高確度・高精度の対比から読み解き，氷床や海洋環境動態の地域性を明らかにする．

Outline of Annual Research Achievements

西南極アムンゼン海周辺は，現代の温暖化に対し最も顕著に氷床量が減少しており、南極氷床完全崩壊の証拠が最も顕著に表れると期待される海域で、IODP　Exp.379航海で掘削が実施された。研究代表者は珪藻古生物学者として乗船研究に従事、古地磁気や放散虫化石研究者と協力のもと年代モデルを構築、これまでにない堆積速度（1000年で20-60cm）を有する堆積物であることを明らかにした。また共同研究者は堆積物研究者として乗船、色味や帯磁率が岩相の特徴をよく反映していることを明らかにした。そこで４つの鮮新世温暖期地磁気逆転層準（3.33Ma, 3.60Ma, 4.30Ma, 4.63Ma)に着目し、確度・精度の高い対比のもと西南極氷床・東南極氷床の相違や位相を明らかにすべく、本研究に取り組んできた。
Site U1532の鮮新統より採取された総計528試料（最小サンプル間隔５cm）で定量スライドを作成し、可能な限り400個体以上をの珪藻化石を同定、必要に応じて複数枚検鏡を実施した。その結果400を超える試料から49属120タクサの珪藻化石を識別した。
ガウスーギルバート古地磁気境界(~3.6Ma)に着目し、精度・確度の高い地域間対比を行ったところ、西南極Site U1532では、ウィルクスランド沖東南極Site U1361より、MIS Gi1の生物生産量が明らかに高く、西南極氷床の崩壊が東南極氷床の崩壊よりも先行していたことが示唆された。
また種間クラスター解析を実施したことにより、化石種Thalassiosira torokinaは沿岸の寒冷環境（夏季表層水温－１℃）に適応した種であることが明らかになった。因子分析により１）沿岸寒冷環境、２）夏季生物生産、３）周南極海流起源の影響（Stormの頻度）などが明らかになってきた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

１）当初予定していた４層準、3.33Ma, 3.60Ma（Gi1), 4.30Ma, 4.63Ma、に加え、　~3.48Ma, ~3.57Ma、~3.79Ma, ~3.88 Ma、　高分解能珪藻化石分析が行われ、総計８層準の群集動態が明らかにされ、うち６層準においては鉛同位体等、物理・化学特性との関係が明らかにすることができた。その結果、従来鮮新世温暖期として注目されきた3.0-3.3Maよりも、それ以前の鮮新世間氷期がより温暖であったことが明らかになった。
２）4.63Ma前後の間氷期が寒冷であったことは示唆する結果は、南極氷床で大規模な不整合を形成した氷床拡大とその後、大陸側が深くなる南極特有の陸だなが氷床の拡大成長に影響あたえたとするオーバーディープニング仮説（Bart＆Iwai, 2012）を支持するデータが新たに得られた。
３）種間クラスター解析を行うことで、一部の化石種の古生態を類推することに成功した。
以上のように、当初期待していた以上の成果が得られたことから、予定していた計画以上に進展していると自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

モデルシミュレーションや鉛同位体、再堆積化石の産出状況等を詳細に検討し、鮮新世温暖期の西南極氷床の動態について、複数氷期・間氷期間の相同性・相違性について検討してゆく。
また、国内外の共同研究者と連絡を密にとり、国際共著論文の公表にむけた準備を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Texas A&M University/University of Massachusetts-Amherst/Colorado College(米国)
• [Int'l Joint Research] British Antarctic Survey(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Bremen/University of Kiel/Heidelberg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Texas A&M University/University of Houston/Northern Illinois University(米国)
• [Int'l Joint Research] Alfred-Wegener-Institut/University of Bremen/フンボルト自然史博物館(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] British Antarctic Survey/University of Southampton(英国)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] NCAOR(インド)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] Texas A&M University/Appalachian State University/Colorado College(米国)
• [Int'l Joint Research] Alfred-Wegener-Institut/University of Bremen/フンボルト自然史博物館(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] British Antarctic Survey/University of Southampton(英国)
• [Int'l Joint Research] Tongji University(中国)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] 黒潮・黒潮圏の成立と進化 (2022)
  • Author(s): 岩井雅夫
  • Journal Title: 佐野有司・徳山英一監修「4次元統合黒潮圏資源学」 Volume: 3-2 Pages: 146-157
• [Journal Article] West Antarctic Ice Sheet Dynamics in the Amundsen Sea Sector since the Late Miocene?Tying IODP Expedition 379 Results to Seismic Data (2022)
  • Author(s): Gille-Petzoldt Johanna、Gohl Karsten、Uenzelmann-Neben Gabriele、Gr?tzner Jens、Klages Johann P.、IODP Expedition 379 Scientists
  • Journal Title: Frontiers in Earth Science Volume: 10 Pages: 1-19
  • DOI: 10.3389/feart.2022.976703
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expedition 379 summary (2021)
  • Author(s): Gohl, K., Wellner, J.S., Klaus, A., Bauersachs, T., Bohaty, S.M., Courtillat, M., Cowan, E.A., De Lira Mota, M.A., Esteves, M.S.R., Eegyveresi, J.M., Frederichs, T., Gao, L., Halberstadt, A.R., Hillenbrand, C.-D., Horikawa, K., Iwai, M., Kim, J.-H., King, T.M., Klages, J.P., Passchier, S., Penkrot, M.J., et.al.
  • Journal Title: Proceedings of the International Ocean Discovery Program Volume: 379 Pages: 1-21
  • DOI: 10.14379/iodp.proc.379.101.2021
  • ISBN: 9781954252714
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expedition 379 methods (2021)
  • Author(s): Gohl, K., Wellner, J.S., Klaus, A., Bauersachs, T., Bohaty, S.M., Courtillat, M., Cowan, E.A., De Lira Mota, M.A., Esteves, M.S.R., Eegyveresi, J.M., Frederichs, T., Gao, L., Halberstadt, A.R., Hillenbrand, C.-D., Horikawa, K., Iwai, M., Kim, J.-H., King, T.M., Klages, J.P., Passchier, S., Penkrot, M.J., et.al.
  • Journal Title: Proceedings of the International Ocean Discovery Program Volume: 379 Pages: 1-42
  • DOI: 10.14379/iodp.proc.379.102.2021
  • ISBN: 9781954252714
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Site U1532 (2021)
  • Author(s): Wellner, J.S., Gohl, K., Klaus, A., Bauersachs, T., Bohaty, S.M., Courtillat, M., Cowan, E.A., De Lira Mota, M.A., Esteves, M.S.R., Eegyveresi, J.M., Frederichs, T., Gao, L., Halberstadt, A.R., Hillenbrand, C.-D., Horikawa, K., Iwai, M., Kim, J.-H., King, T.M., Klages, J.P., Passchier, S., Penkrot, M.J., et.al.
  • Journal Title: Proceedings of the International Ocean Discovery Program Volume: 379 Pages: 1-47
  • DOI: 10.14379/iodp.proc.379.103.2021
  • ISBN: 9781954252714
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Site U1533 (2021)
  • Author(s): ellner, J.S., Gohl, K., Klaus, A., and the Expedition 379 Scientists
  • Journal Title: Proceedings of the International Ocean Discovery Program, 379 Volume: 379 Pages: 1-46
  • DOI: 10.14379/iodp.proc.379.104.2021
  • ISBN: 9781954252714
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for a Highly Dynamic West Antarctic Ice Sheet During the Pliocene (2021)
  • Author(s): Gohl Karsten、Uenzelmann‐Neben Gabriele、Gille‐Petzoldt Johanna、Hillenbrand Claus‐Dieter、Klages Johann P.、Bohaty Steven M.、Passchier Sandra、Frederichs Thomas、Wellner Julia S.、Lamb Rachel、Leitchenkov German、IODP Expedition 379 Scientists
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Issue: 14
  • DOI: 10.1029/2021gl093103
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] High-resolution diatom analysis at Site U1532: diatom implications for the Western Antarctic Ice sheet dynamics (2023)
  • Author(s): Masao IWAI
  • Organizer: IODP Exp. 379 Post excursion meeting (May 2-4, 2023, Hyderberg, Germany) 2023年5月3日
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アムンゼン海鮮新統の珪藻化石と南極氷床発達史: IODP Site U1532 (2023)
  • Author(s): 岩井雅夫, 堀川恵司, IODP Expedition 379 Scientists
  • Organizer: 日本珪藻学会第44回大会（文教大学・東京） 2023年5月14日
• [Presentation] 新世温暖期の南極氷床発達史:南極半島・西南極・東南極深海掘削の珪藻化石から (2023)
  • Author(s): 岩井雅夫
  • Organizer: MaCRI共同利用研究集会「新第三紀における両極の気候変動と生態系」（世話人：鈴木・岩井） 2023年5月18日
• [Presentation] Pliocene Western Antarctic Ice sheet dynamics at Amundsen Sea Sector: diatom evidence at the International Ocean Discovery Program (IODP) Site 379-U1532 (2023)
  • Author(s): Masao IWAI, IODP Expedition 379 Scientists
  • Organizer: International Conference on the Instabilities and Thresholds in Antarctica (INSTANT) 2023年9月International Conference on the Instabilities and Thresholds in Antarctica (INSTANT) 2023年9月
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 東南極リュツォホルム湾における最終氷期以降の東南極氷床融解過程の復元 (2023)
  • Author(s): 菅沼 悠介，板木 拓也，羽田 裕貴，関 宰，石輪 健樹，藤井 昌和，草原 和弥，平野 大輔，大森 貴之，川又 基人，加藤 悠爾，天野 敦子，香月 興太，岩井 雅夫，松井 浩紀，西田 尚央，平林 幹啓，松崎 浩之，山形 武靖，伊藤 優人，杉山 慎，奥野 淳一，池原 実，三
  • Organizer: JURC-DES Annual Meeting 2023, Feb.27-28, 2023, Kochi
• [Presentation] 西部北極海の後期完新世環境復元にむけて (2023)
  • Author(s): 山本正伸，清家弘治，レオニド・ポリアク，ローラ・ゲメリ，ヨンジン・ジョ，内田翔馬，小林稔，小野寺 丈尚太郎，村山 雅史，岩井雅夫，山本裕二，リチャード・ジョルダン，山田 桂，堀川恵司，朝日博史 安藤卓人，鈴木健太，加 三千宣，完新世北極古環境研究チーム
  • Organizer: JURC-DES Annual Meeting 2023, Feb.27-28, 2023, Kochi
• [Presentation] アムンゼン海鮮新世西南極氷史：ガウス-ギルバート境界（約3.6Ma）付近の珪藻化石から (2022)
  • Author(s): 岩井雅夫・堀川恵司・IODP Exp.379乗船研究者
  • Organizer: 日本地質学会早稲田大会, 2022年9月5日. https://doi.org/10.14863/geosocabst.2022.0_73
• [Presentation] Chronostratigraphic big data assimilation to characterize the Late Cenozoic warming episodes (2021)
  • Author(s): Iwai,M., Yamamoto, Y., Asahi, H., Ujiie, Y., Ikehara, M., and Tokuyama, H.
  • Organizer: JpGU online meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abrupt Holocene ice-sheet retreat in Lutzow-Holm Bay, East Antarctica (2021)
  • Author(s): Suganuma, Y. et al., (including Iwai, M.; 10/23)
  • Organizer: JpGU online meeting
  • Int'l Joint Research
• [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): 菅沼悠介ほか（岩井雅夫含む;9/19)
  • Organizer: 日本地質学会2021名古屋大会
• [Presentation] Episodes of West Antarctic Ice Sheet retreat during Pliocene warmth revealed by a sedimentary record from the Amundsen Sea (2021)
  • Author(s): Horikawa, K., Noda, M., Fujimoto, M., Sahara, Y., Shin, K.-C., Iwai, M., et al.
  • Organizer: The 12th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Book] 古生物学の百科事典（「湧昇（湧昇流）」p.410-411) (2022)
  • Author(s): 日本古生物学会（執筆分担）
  • Total Pages: 754
  • Publisher: 丸善出版
  • ISBN: 9784621307588
• [Remarks] 船上レポート
  • URL: https://www.j-desc.org/379-amundsen-sea-wais/
• [Remarks] Science News 15 April, 2019
  • URL: https://doi.org/10.1126/science.aax7040
• [Remarks] Planeterde, 14 April 2019
  • URL: https://www.planeterde.de/wissen/gute-ausbeute-trotz-schlechter-bedingungen?tmpl=print