Paleoclimate dynamics of the Southern Ocean

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Giant reservoirs of heat/water/material : Global environmental changes driven by the Southern Ocean and the Antarctic Ice Sheet
• Project/Area Number: 17H06318
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 池原 実 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90335919)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648) ; 板木 拓也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (30509724) ; 佐藤 暢 専修大学, 経営学部, 教授 (50365847) ; 井尻 暁 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 (70374212)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 南大洋 / 気候変動 / プロキシ / 酸素同位体 / 珪藻 / ＡＩ / スーパー間氷期 / 古水温変動

Outline of Annual Research Achievements

マイクロ・マニピュレーターとAI深層学習プログラムから成る自動分取システムを確立し、微化石画像の学習によるAIモデルの構築を進めた結果、放散虫群集組成の自動解析や微化石の高速自動摘出が可能となり（Itaki et al., 2020a）、南大洋の海底コアへの応用研究に発展し、過去9万年間の放散虫群集データを迅速に抽出することに成功した（Itaki et al., 2020b）。
前年度までにほぼ確立した珪藻殻の酸素同位体分析のための試料前処理法、および、海底コアCOR-1bPCに応用して過去4万年間の珪藻殻酸素同位体比の変化を復元した成果を公表した（Ijiri et al., 2021）。また、南大洋のプランクトン試料を用いて現生珪藻殻の酸素同位体比を分析することに成功し、珪藻殻酸素同位体比が温度依存性をもつことが明らかとなったが、珪藻の殻形態によって関係式の傾きが異なることが判明した（投稿準備中）。
海底コアCOR-1GCの珪藻群集解析に基づき1.4万年前以降の表層水温の変動を復元した（Orme et al., 2020）。南大洋ケルゲレン海台付近の複数の海底コアを用いて、珪藻および放散虫群集データから過去4万年間の表層水温および亜表層水温の復元を試みた。最終氷期の水温は完新世初期に比べて5-6℃低下していたが、2.4万年から4万年前においては表層水温が有意に高い傾向が明らかとなった。これは氷期にアガラスリターン海流の影響が強くなった結果であると推測される（Civel-Mazens et al., 2020）。また、過去2000年間の海氷分布と表面海水温の変動を詳細に復元した結果、南極海の海氷分布が熱帯域のエルニーニョ/南方振動（ENSO）や南半球における十年規模変動である南半球環状モード（SAM）と連動して変化していることが明らかとなった（Crosta et al., 2021）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

南大洋における実用的な古海洋プロキシの開発と高精度化のために必須であった珪藻殻酸素同位体分析法と、堆積物粒子（特に微化石）の自動選別・分離システムが実用段階に入り、それらの複数の国際誌論文としてコミュニティに公表された。また、それぞれのメソッドは海底コアへ応用するステージに進展して、データ生産性の向上に大きく貢献している。
2019年度末に実施された白鳳丸航海において採取した計12本の海底コアとセジメントトラップ沈降粒子の初期解析とサンプリングが進み、共同研究者による解析が行われている。2019年度後半に故障した質量分析計が復旧したため、海底コアDCR-2PCの浮遊性有孔虫と底生有孔虫の抽出と、それらの炭素・酸素同位体比の測定を継続し、コアの年代モデルの基礎データを蓄積した。

Strategy for Future Research Activity

本プロジェクトの遂行の土台となる試料処理・分析システムはほぼ構築され、既存試料と新たに確保した各種の試料群を活用し、古海洋プロキシの高精度化と海底コアへの応用研究をさらに進展させる。特に、各海域の海底コア解析から復元される最終氷期やスーパー間氷期の古水温や古海洋データを広域的にコンパイルし、南大洋インド洋区から大西洋区における表層水温分布や極前線の位置の変化などを俯瞰的にとりまとめる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ボルドー大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: ボルドー大学
• [Int'l Joint Research] ボン大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ボン大学
• [Int'l Joint Research] ベルン大学(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: ベルン大学
• [Journal Article] Impact of the Agulhas Return Current on the oceanography of the Kerguelen Plateau region, Southern Ocean, over the last 40 kyrs (2021)
  • Author(s): Civel-Mazens M.、Crosta X.、Cortese G.、Michel E.、Mazaud A.、Ther O.、Ikehara M.、Itaki T.
  • Journal Title: Quaternary Science Reviews Volume: 251 Pages: 106711～106711
  • DOI: 10.1016/j.quascirev.2020.106711
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multi-decadal trends in Antarctic sea-ice extent driven by ENSO?SAM over the last 2,000 years (2021)
  • Author(s): Crosta Xavier、Etourneau Johan、Orme Lisa C.、Dalaiden Quentin、Campagne Philippine、Swingedouw Didier、Goosse Hugues、Mass? Guillaume、Miettinen Arto、McKay Robert M.、Dunbar Robert B.、Escutia Carlota、Ikehara Minoru
  • Journal Title: Nature Geoscience Volume: 14 Pages: 156～160
  • DOI: 10.1038/s41561-021-00697-1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Early and middle Miocene ice sheet dynamics in the Ross Sea: Results from integrated core-log-seismic interpretation (2021)
  • Author(s): Perez, LF, Santis, LD, McKay, RM, et al.
  • Journal Title: GSA Bulletin Volume: 134 Pages: 348～370
  • DOI: 10.1130/B35814.1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New Magnetostratigraphic Insights From Iceberg Alley on the Rhythms of Antarctic Climate During the Plio‐Pleistocene (2021)
  • Author(s): Reilly, BT, Tauxe, L, Brachfeld, S, et al.
  • Journal Title: Paleoceanography and Paleoclimatology Volume: 36 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020PA003994
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mid-Holocene Antarctic sea-ice increase driven by marine ice sheet retreat (2021)
  • Author(s): Ashley, KE, McKay, R, Etourneau, J, Jimenez-Espejo,FJ, Condron, A, Albot,A, Crosta, X, Riesselman, C, Seki, O, Masse, G, Golledge,NR, Gasson, E, Lowry, DP, Barrand, NE, Johnson,K, Bertler, N, Escutia, C, Dunbar, R, Bendle, JA
  • Journal Title: Climate of the Past Volume: 17 Pages: 1～19
  • DOI: 10.5194/cp-17-1-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Miocene to present oceanographic variability in the Scotia Sea and Antarctic ice sheets dynamics: Insight from revised seismic-stratigraphy following IODP Expedition 382 (2021)
  • Author(s): Perez, LF, Martos, YM, Garcia, M, et al.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 553 Pages: 116657～116657
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116657
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Automated collection of single species of microfossils using a deep learning?micromanipulator system (2020)
  • Author(s): Itaki Takuya、Taira Yosuke、Kuwamori Naoki、Maebayashi Toshinori、Takeshima Satoshi、Toya Kenji
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 7 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00332-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sea surface temperature in the Indian sector of the Southern Ocean over the Late Glacial and Holocene (2020)
  • Author(s): Orme Lisa Claire、Crosta Xavier、Miettinen Arto、Divine Dmitry V.、Husum Katrine、Isaksson Elisabeth、Wacker Lukas、Mohan Rahul、Ther Olivier、Ikehara Minoru
  • Journal Title: Climate of the Past Volume: 16 Pages: 1451～1467
  • DOI: 10.5194/cp-16-1451-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Innovative microfossil (radiolarian) analysis using a system for automated image collection and AI-based classification of species (2020)
  • Author(s): Itaki Takuya、Taira Yosuke、Kuwamori Naoki、Saito Hitoshi、Ikehara Minoru、Hoshino Tatsuhiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-020-77812-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diatom-based reconstruction of the Subantarctic Front migrations during the late Miocene and Pliocene (2020)
  • Author(s): Kato Yuji
  • Journal Title: Marine Micropaleontology Volume: 160 Pages: 101908～101908
  • DOI: 10.1016/j.marmicro.2020.101908
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 東南極における海域-陸域シームレス堆積物掘削研究の展望 (2020)
  • Author(s): 菅沼悠介，石輪健樹，川又基人，奥野淳一，香月興太，板木拓也，関宰，金田平太郎，松井浩紀，羽田裕貴，藤井昌和，平野大輔
  • Journal Title: 地学雑誌 Volume: 129 Pages: 591～610
  • DOI: 10.5026/jgeography.129.591
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 南大洋インド洋区コンラッドライズの深海サンゴの産状について― 白鳳丸KH-20-1次航海速報 ― (2020)
  • Author(s): 小坂由紀子・徳田悠希・池原 実・佐藤 暢
  • Journal Title: 名古屋大学年代測定研究 Volume: 4 Pages: 48-52
• [Presentation] Geological evidences for Cape Darnley Bottom Water in the Wild Canyon, Antarctica: Preliminary results of R/V Hakuho-maru KH-20-1 cruise (2020)
  • Author(s): Ikehara, M., Sato, H., Fujii, M., Takehara, K.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Boulder, cobble, pebble, and granule of continental crust rocksfrom the Wild Canyon, off Cape Darnley, East Antarctica: Preliminary results of dredged samples during KH-20-1 cruise, R/V Hakuho-maru (2020)
  • Author(s): Sato, H., Fujii, M., Ikehara, M., Takehara, K.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geophysical and geological signatures of submarine canyons off Cape Darnley, Antarctica (2020)
  • Author(s): Fujii, M., Ikehara, M., Sato, H., Takehara, K., Itaki, T., Nogi, Y., Nakamura, Y.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cross-check of dust-magnetic correlation and oxygen isotope stratigraphy in the Southern Ocean (2020)
  • Author(s): Matsui, H., Ikehara, M., Suganuma, Y., Seki, O., Okuno, J., Oyabu, I., Kawamura, K.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure across the South Shetland Trench from the incoming plate to the back-arc basin (2020)
  • Author(s): Koge, H., Fujii, M., Zhou, J., Okino, K., Ikehara, M., Yamaguchi, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Antarctic ice sheet dynamics during the Last Interglacial (2020)
  • Author(s): Iizuka, M., Seki, O., Horikawa, K., Flierdt, T.v.d., Irino, T., Yamamoto, M., Itaki, T., Sugisaki, S., Ikehara, M., Suganuma, Y.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Submarine canyons off Cape Darnley, East Antarctica (2020)
  • Author(s): Fujii M, Ikehara M, Sato H, Takehara K, Nogi Y
  • Organizer: SCAR 2020 Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南大洋インド洋区における過去の鉄肥沃化を探る (2020)
  • Author(s): 松井浩紀，Isabelle Billy，Olivier Ther，Xavier Crosta，池原実
  • Organizer: 第6回地球環境史学会年会（オンライン）
• [Presentation] High-resolution sub-ST and Polar Front latitudinal migration assessment based on radiolarian and diatoms assemblages in the Kerguelen plateau region, Southern Ocean, over the last 360 kyrs (2020)
  • Author(s): Civel-Mazens M., Crosta X., Cortese G., Michel E., Mazaud A., Ther, O., Ikehara M., Itaki T.
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of sediments cored from the South Shetland Trench (2020)
  • Author(s): Asuka Yamaguchi, Ippei Yamamoto, Yuichi Okuma, Kodai Kato, Yuji Kato, Kaoru Kubota, Kenichiro Tani, Hiroaki Koge, Jinyu Zhou, Hanaya Okuda, Takashi Hakomori, Minoru Ikehara
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The formation process of calsitic skeleton of deep-sea isidid octocorals inferred from crystal orientation (2020)
  • Author(s): Yukiko Kozaka, Katsuyoshi Michibayashi, Takenori Kato, Yui Kouketsu, Yuki Tokuda, Hiroshi Sato, Minoru Ikehara
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep-sea macrobenthos biodiversity survey at the Southern Ocean in KH-19-6 Leg 4 (2020)
  • Author(s): Naoto Jimi, Akito Ogawa, Shinpei Hiruta, Chong Chen, Itaru Kobayashi, Hironori Komatsu, Masanori Okanishi, Gregorius Altius Puratama, Satoshi Imura, Hidetaka Nomaki, Kenichiro Tani, Minoru Ikehara
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Floating microplastics in the Eastern South Pacific and the Southern Ocean (2020)
  • Author(s): Ryota Nakajima, Hidetaka Nomaki, Maki Aita Noguchi, Takuya Ohnishi, Hayao Yokochi, Kazutaka Takahashi, Minoru Ikehara, Atsushi Tsuda
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「白鳳丸」世界一周航海（HEAW30）南大洋大西洋区における分野横断観測研究：白鳳丸KH-19-6 Leg4速報 (2020)
  • Author(s): 池原実、山口飛鳥、大西拓也・谷健一郎、野牧秀隆、高下裕章、KH-19-6 Leg4乗船研究者一同
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム（Zoom）
  • Invited
• [Presentation] 中央海嶺プロセスの短期変動の観測 (2020)
  • Author(s): 藤井昌和、野木義史、沖野_子、田村千織、山崎俊嗣、津田敦、佐藤暢、高下裕章、喜岡新、池原実、大島慶一郎、勝又勝郎
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム（Zoom）