南極氷床コアのダストとブラックカーボンの高精度・高時間分解能分析による古環境復元

• Project Area: Giant reservoirs of heat/water/material : Global environmental changes driven by the Southern Ocean and the Antarctic Ice Sheet
• Project/Area Number: 20H04980
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 東 久美子 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (80202620)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2020: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
• Keywords: 南極氷床コア / ブラックカーボン / ダスト

Outline of Research at the Start

本研究では、氷期・間氷期という大規模な気候変動が生じた際の、南極ドームふじコアにおけるダストとブラックカーボンの濃度、フラックス、粒径の変動を復元し、ダストとブラックカーボンの発生源や輸送・沈着過程の変動を解明する。また、南米大陸等、南半球の陸域で大規模な砂嵐や森林火災が発生した際にドームふじコアに出現するダスト及びBCの鋭い濃度ピークを抽出する。気候変動に伴い、これらのピークの原因となる砂嵐や森林火災の頻度と規模がどう変化したかを解明する。南極で掘削された他の氷床コアからも、同一の砂嵐や森林火災のイベントを抽出することで、ダストとBCを用いた複数の南極氷床コアの年代同期法を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ダストとブラックカーボン（BC）が放射強制力に及ぼす影響や、気候変動に伴う砂嵐・森林火災の変化のメカニズム解明に資するため、最終氷期最寒期～完新世中盤にかけての時代に着目し、南極ドームふじで掘削された氷床コア（ドームふじコア）のダストとBCを分析し、その変動を研究した。本年度は、昨年度に引き続き、氷床コア連続融解分析システム（CFAシステム）を用いて、ドームふじコアを高時間分解能で連続分析した。CFAシステムを構成するレーザー式水同位体比分析計で水の安定同位体比を分析し、気温変動を復元した。CFAシステムを構成するレーザー遮蔽式の固体微粒子分析計（Abakus）でダストの濃度と粒径分布の分析を、白熱式BC分析計でBCの濃度と粒径分布の高精度分析を実施した。CFAシステムによる高時間分解能の連続分析に加えて、CFAシステムで分注した融解水の一部を用いて、コールターカウンター分析を行い、ダストの粒径と濃度を50cm分解能で、高精度分析した。
本研究で取得したドームふじコアのデータを解析し、気温、BC、ダストの変動を高時間分解能で復元した。BCとダストについては、濃度だけでなく、粒径の変化も解析した。ダストの粒径の解析には、FPP、モード径、及びダスト粒子1個あたりの平均体積という指標を用いた。
分析データを解析し、気候変動に伴って、BCとダストの濃度だけでなく、粒径も大きく変化したことが明かになった。また、ダストの元素組成も変化したことが明かになった。さらに、ドームふじコアの解析結果を、ドームCコア及びWAISコアのデータと併せて解析し、気候変動に伴う南米の砂嵐や森林火災の発生状況や南極への輸送・沈着過程の変動に関する知見を得た。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Contrasting source contributions of Arctic black carbon to atmospheric concentrations, deposition flux, and atmospheric and snow radiative effects (2022)
  • Author(s): Matsui Hitoshi、Mori Tatsuhiro、Ohata Sho、Moteki Nobuhiro、Oshima Naga、Goto-Azuma Kumiko、Koike Makoto、Kondo Yutaka
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 22 Issue: 13 Pages: 8989-9009
  • DOI: 10.5194/acp-22-8989-2022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of number and mass size distributions of light-absorbing iron oxide aerosols in liquid water with a modified single-particle soot photometer (2022)
  • Author(s): Mori Tatsuhiro、Kondo Yutaka、Goto-Azuma Kumiko、Moteki Nobuhiro、Yoshida Atsushi、Fukuda Kaori、Ogawa-Tsukagawa Yoshimi、Ohata Sho、Koike Makoto
  • Journal Title: Aerosol Science and Technology Volume: 57 Issue: 1 Pages: 35-49
  • DOI: 10.1080/02786826.2022.2144113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of crystal orientation fabric in the Dome Fuji ice core in East Antarctica: implications for the deformation regime in ice sheets (2022)
  • Author(s): Tomotaka Saruya, Shuji Fujita, Yoshinori Iizuka, Atsushi Miyamoto, Hiroshi Ohno, Akira Hori, Wataru Shigeyama, Motohiro Hirabayashi, Kumiko Goto-Azuma
  • Journal Title: The Cryosphere Volume: 16(7) Issue: 7 Pages: 2985-3003
  • DOI: 10.5194/tc-16-2985-2022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New technique for high-precision, simultaneous measurements of CH<sub>4</sub>, N<sub>2</sub>O and CO<sub>2</sub> concentrations; isotopic and elemental ratios of N<sub>2</sub>, O<sub>2</sub> and Ar; and total air content in ice cores by wet extraction (2020)
  • Author(s): Oyabu Ikumi、Kawamura Kenji、Kitamura Kyotaro、Dallmayr Remi、Kitamura Akihiro、Sawada Chikako、Severinghaus Jeffrey P.、Beaudette Ross、Orsi Ana?s、Sugawara Satoshi、Ishidoya Shigeyuki、Dahl-Jensen Dorthe、Goto-Azuma Kumiko、Aoki Shuji、Nakazawa Takakiyo
  • Journal Title: Atmospheric Measurement Techniques Volume: 13 Issue: 12 Pages: 6703-6731
  • DOI: 10.5194/amt-13-6703-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 水中に含まれた黒色酸化鉄粒子濃度の測定法の確立 (2022)
  • Author(s): 森樹大, 近藤豊, 東久美子, 茂木信宏, 吉田敦, 福田かおり, 塚川佳美, 大畑祥, 小池真
  • Organizer: エアロゾル学会
• [Presentation] Measurement of Light-absorbing Iron Oxide Aerosols in Liquid Water with a Modified Single-Particle Soot Photometer (2022)
  • Author(s): Mori, T., Kondo, Y., Goto-Azuma, K., Moteki, N., Yoshida, A., Fukuda, K., Ogawa-Tsukagawa, Y., Ohata, S., Koike, M.
  • Organizer: American Association for Aerosol research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in flux, size and composition of dust at Dome Fuji, Antarctica across Termination I (2022)
  • Author(s): Kumiko Goto-Azuma, Motohiro Hirabayashi, Kaori Fukuda, Jun Ogata, Yoshimi Ogawa-Tsukagawa, Kyotaro Kitamura, Ayaka Yonekura, Shuji Fujita, Kenji Kawamura, Fumiko Nakazawa
  • Organizer: The 13th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-resolution analyses of dust in the Dome Fuji deep ice-core from the LGM to mid-Holocene (2022)
  • Author(s): Kumiko Goto-Azuma, Motohiro Hirabayashi, Kaori Fukuda, Jun Ogata, Yoshimi Ogawa-Tsukagawa, Kyotaro Kitamura, Ayaka Yonekura, Shuji Fujita, Kenji Kawamura, Fumiko Nakazawa
  • Organizer: IPICS Open science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in concentration and size of black carbon particles at Dome Fuji, Antarctica across the Last Glacial Termination (2022)
  • Author(s): Kumiko Goto-Azuma, Nobuhiro Moteki, Kaori Fukuda, Jun Ogata, Tatsuhiro Mori, Sho Ohata, Yutaka Kondo, Makoto Koike, Motohiro Hirabayashi, Kyotaro Kitamura, Ayaka Yonekura, Shuji Fujita, Fumio Nakazawa, Yoshimi Ogawa-Tsukagawa, Kenji Kawamura
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 南極ドームふじ深層氷床コア中ダストの濃度と粒径の高時間分解能解析 －最終氷期最寒期～完新世中盤における変動－ (2021)
  • Author(s): 東久美子, 平林幹啓, 中澤文男, 藤田秀二, 福田かおり, 尾形純, 北村享太郎, 塚川佳美, 米倉綾香, 川村賢二
  • Organizer: 雪氷研究大会2021
• [Presentation] Continuous flow analysis of black carbon in Dome Fuji deep ice core over Termination I using a wide-range single-particle soot photometer (2021)
  • Author(s): Kumiko Goto-Azuma, Nobuhiro Moteki, Kaori Fukuda, Jun Ogata, Tatsuhiro Mori, Sho Ohata, Yutaka Kondo, Makoto Koike, Motohiro Hirabayashi, Kyotaro Kitamura, Ayaka Yonekura, Shuji Fujita, Fumio Nakazawa, Yoshimi Ogawa-Tsukagawa, Kenji Kawamura
  • Organizer: The 12th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of ultraviolet germicidal radiation on melted snow and ice samples for the inactivation of microorganisms (2020)
  • Author(s): Nakazawa, F., Goto-Azuma, K.
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Continuous flow analysis of iron oxide in a Greenland ice core using a modified single-particle soot photometer (2020)
  • Author(s): Goto-Azuma, K., Moteki, N. Ogawa-Tsukagawa, Y., Fukuda, K., Ohata, S., Yoshida, A., Mori, T., Kondo, Y., Koike, M., Hirabayashi, M., Dallmayr, M., Ogata, J., Kitamura, K., Matoba, S., Aoki, T.,2020
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 雪氷融解試料中の微生物固定を目的とした紫外線照射処理の検討（２） (2020)
  • Author(s): 中澤 文男, 東 久美子
  • Organizer: 雪氷研究大会2020
• [Presentation] アイスコア連続融解分析システムを用いたドームふじ深層氷床コアの 高時間分解能固体微粒子分析 (2020)
  • Author(s): 東久美子, 尾形純, 福田かおり, 平林幹啓, 北村享太郎, 中澤文男, 小室悠紀, 塚川佳美, 藤田秀二, 米倉綾香, 川村賢二
  • Organizer: 雪氷研究大会2020