第四紀のレーヴィン海流の発達がオーストラリア大陸の乾燥化を促した

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14410
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高柳 栄子 東北大学, 理学研究科, 助教 (40729208)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 第四紀 / インドネシア通過流 / レーヴィン海流 / オーストラリアモンスーン

Outline of Annual Research Achievements

第四紀（過去約258万年間）は，日射量変化に対する北半球高緯度の応答（氷床量変化）が全球規模の気候を制御している時代である（氷期-間氷期サイクル）．オーストラリア大陸は第四紀を通じて乾燥化していることが知られているが，同オーストラリアモンスーンの弱化をミランコビッチ理論に基づく日射量変化のみで説明することは困難である．そこで本研究では，氷期-間氷期サイクルの海水準変動に起因したインドネシア通過流とレーヴィン海流の流量ならびに組成の変化に注目し，まず，それらがどのようにインド洋東部の海洋環境に作用したのかを高精度に復元する．そして，大陸-海洋相互作用や海陸の熱バランスの変化などの観点から，オーストラリアモンスーンの変動メカニズム（どの変動要素が大きく寄与しているのか）を明らかにすることを目的とする．本研究では，国際深海科学掘削計画（International Ocean Discovery Program：IODP）第356次航海で採取されたオーストラリア西岸沖の浅海性炭酸塩堆積物コア試料のうち，北および南のサイトからそれぞれ1サイトずつ選出し（Site U1460およびU1463），研究を行う．Site U1463のコア試料からはインドネシア通過流起源の表層流の変化を，Site U1460のコア試料からはレーヴィン海流本体（暖流）の時代変遷を復元できると期待される．平成29年度は主にU1460コア試料に含まれる有孔虫化石の化学組成分析（炭素・酸素同位体比，Mg/Ca比，ネオジム同位体比など）を高時間分解能（数千年オーダー）で行い，過去約500万年間におけるオーストラリア西沖を流れるレーヴィン海流の変化を明らかにすることができた．

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成29年度は，オーストラリア西沖より採取された浅海性炭酸塩堆積物コア試料U1460の堆積物中に含まれる有孔虫化石の化学組成分析（炭素・酸素同位体比，Mg/Ca比，ネオジム同位体比など）を高時間分解能（数千年オーダー）で複合的に行い，レーヴィン海流の変動履歴を詳細に描き出すことを目的とした．炭素・酸素同位体比およびMg/Ca比分析用の試料として，浮遊性有孔虫（表層種のGlobigerinoides sacculiferと水温躍層種のNeogloboquadrina dutertrei）および底生有孔虫（Uvigerina spp.）の3種を，ネオジム同位体比分析用の試料として底生有孔虫を拾い出した．拾い出したそれぞれの試料は，分析項目に合わせて，物理的クリーニング（泥などの除去）および化学クリーニング（酸化・還元処理）を行い，測定を行った．G. sacculiferとUvigerina spp.の炭素・酸素同位体比には氷期・間氷期サイクルに伴う変動がみられ，特に前者は明瞭に認められた．よって，生層序年代および両者の酸素同位体層序を組み合わせることで，コア試料に正確な年代軸を入れることができた．一方，Mg/Ca比は予想値よりもかなり高い値を示し，同値を水温の復元に用いることが困難であることが明らかとなった．その原因として，高塩分の間隙水による二次的なドロマイトもしくは塩の結晶が有孔虫の表面に晶出している可能性が考えられる．今後，原因を特定していく必要がある．ネオジム同位体比は，過去約500万年間の長期変化および氷期・間氷期サイクルに伴う最近100万年間の短期的変化を復元することができ，今後，解析を進めることでレーヴィン海流の変遷史を明らかにできると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は，引き続き，平成29年度の成果のデータ解析に加え，同オーストラリア西沖より採取された浅海性炭酸塩堆積物コア試料U1463の堆積物中に含まれる有孔虫化石の高時間分解能（数千年オーダー）の化学組成分析（炭素・酸素同位体比，Mg/Ca比，ネオジム同位体比など）と，共同研究者より提供していただく予定の蛍光X線（XRF）分析のデータを統合し，第四紀におけるオーストラリアモンスーンの変動を明らかにすることを目的とする．そして，レーヴィン海流の変遷史を含むインド洋東部の海洋環境変動とオーストラリアモンスーンの変化の関係や両者に含まれる周期性などを明らかにし，大陸-海洋相互作用や海陸の熱バランスの変化などの観点から，どの変動要素がオーストラリアモンスーンの変動に寄与しているのかを描き出す．また，得られた成果は，国内外での学会発表および国際誌への執筆・投稿を行う．

Research Products

• [Journal Article] Indonesian Throughflow drove Australian climate from humid Pliocene to arid Pleistocene (2017)
  • Author(s): Beth A. Christensen, Willem Renema, Jorijntje Henderiks, David De Vleeschouwer, Jeroen Groeneveld, Isla S. Castaneda, Lars Reuning, Kara Bogus, Gerald Auer, Takeshige Ishiwa, Cecilia M. McHugh, Stephen J. Gallagher, Craig S. Fulthorpe, and IODP Expedition 356 Scientists
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 44 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1002/2017GL072977
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Australian shelf sediments reveal shifts in Miocene Southern Hemisphere westerlies (2017)
  • Author(s): Jeroen Groeneveld, Jorijntje Henderiks, Willem Renema, Cecilia M. McHugh, David De Vleeschouwer, Beth A. Christensen, Craig S. Fulthorpe, Lars Reuning, Stephen J. Gallagher, Kara Bogus, Gerald Auer, Takeshige Ishiwa, and Expedition 356 Scientists
  • Journal Title: Science Advances Volume: 3 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1126/sciadv.1602567
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantifying K, U, and Th contents of marine sediments using shipboard natural gamma radiation spectra measured on DV JOIDES Resolution (2017)
  • Author(s): David De Vleeschouwer, Ann G. Dunlea, Gerald Auer, Chloe H. Anderson, Hans Brumsack, Aaron de Loach, Michael Gurnis, Youngsook Huh, Takeshige Ishiwa, Kwangchul Jang, Michelle A. Kominz, Christianrz, Bernhard Schneeiger, Richard W. Murray, Heiko Palike, and Expedition 356 Shipboard Scientists
  • Journal Title: Geochem. Geophys. Geosyst. Volume: 18 Pages: 1053-1064
  • DOI: 10.1002/2016GC006715
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The rapid switch from anorganic tropical carbonates to bioclastic sedimentation across a drowning unconformity (North West Shelf of Australia) (2017)
  • Author(s): L. Reuning, S. Back, S.J. Gallagher, C.S. Fulthorpe, A. R. Lari, T. Himmler, H. Iwatani, G. Auer, K. Bogus, and Expedition 356 Scientists
  • Organizer: German IODP Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aragonite sedimentation and dissolution on a subtropical carbonate ramp, Carnarvon Ramp, SW Shelf of Australia (2017)
  • Author(s): Hanaa Deik, Lars Reuning, Petrick Benjamin, and Expedition 356 Scientists
  • Organizer: German IODP Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Indian Ocean Circulation changes over the Middle Pleistocene Transition (2017)
  • Author(s): B. F. Petrick, G. Auer, D. De Vleeschouwer, B. A. Christensen, C. Stolfi, L. Reuning, A. Martinez-garcia, G. Haug, T. Buckley, S. J. Gallagher, C. S. Fulthorpe, K. Bogus, IODP 356 Scientists
  • Organizer: German IODP Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Shifts in Miocene Southern Hemisphere Westerlies and varying southward heat transport by the Leeuwin Current (2017)
  • Author(s): J. Groeneveld and Expedition 356 Scientists
  • Organizer: German IODP Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationships between paleoceanographic changes and Australian monsoon variability during the Pleistocene (2017)
  • Author(s): Naoki Sekine, Hideko Takayanagi, Jeroen Groeneveld, Beth A. Christensen, Kara Bogus, Yasufumi Iryu
  • Organizer: IODP Exp. 356 Post Cruise Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geochemistry of Miocene dolomites at the western Australian shelf margin: IODP Site 1464, Roebuck Basin (2017)
  • Author(s): Kosuke Yoshii, Hideko Takayanagi, Lars Reuning, Tsuyoshi Ishikawa, Shigeyuki Wakaki, Koshi Yamamoto, Yasufumi Iryu
  • Organizer: IODP Exp. 356 Post Cruise Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen and neodymium isotopes of Pleistocene foraminifers from IODP sites U1460 and U1463: preliminary results (2017)
  • Author(s): Hideko Takayanagi, Irwan, Naoki Sekine, David De Vleeschouwer, Jeroen Groeneveld, Beth A. Christensen, Lars Reuning, Yasufumi Iryu
  • Organizer: IODP Exp. 356 Post Cruise Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Australian Northwest Shelf: A Late Neogene Reversible Tectonic Event (2017)
  • Author(s): Michelle Kominz, Michael Gurnis, Stephen J. Gallagher, and Expedition 356 Scientists
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Late Pleistocene Age Model for Site U1460, Perth Basin, SW Australian Shelf: Implications for Leeuwin Current History (2017)
  • Author(s): B. Christensen, H. Takayanagi, Benjamin Petrick, Takeshiga Ishawa, Jori Henderiks, Jeroen Groeveld, Briony Mamo, David DeVleeschouwer, Gerald Auer, Hanaa Deik, Erwan, Craig Fulthorpe, Stephen Gallagher, Cecilia McHugh, Lars Reuning
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mid-Pliocene to Early Pleistocene land and sea surface temperature history of NW Australia based on organic geochemical proxies (2017)
  • Author(s): Rebecca Smith, Isla S. Castaneda, Jorijntje Henderiks, Beth A. Christensen, David De Vleeschouwer, Willem Renema, Jeroen Groeneveld, Kara Bogus, Stephen J. Gallagher, Craig S. Fulthorpe, and IODP Expedition 356 Scientists
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research