Study on physics and layers of ice cores containing information of climate change over the past 720 k-years, and study on the "oldest ice"

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H05294
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 藤田 秀二 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (30250476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平林 幹啓 国立極地研究所, 研究教育系, 特任助手 (20399356) ; 飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (40370043) ; 大野 浩 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80634625)
• Project Period (FY): 2018-06-11 – 2023-03-31
• Keywords: 南極 / アイスコア / 気候変動 / 古気候 / 氷床

Outline of Annual Research Achievements

・ミリ波誘電率テンソル計測：ドームふじ深層コアについて、深度2,500mまで概ね5m深毎に1mの区間を連続計測した。611m深から871m深については完全な連続計測を実現した。
・結晶Ｃ軸方位計測：約800ｍ深の試料について、約500個の結晶粒についての結晶方位を取得し結晶Ｃ軸方位分布の解析を実施した。深層部（約2400m深～3000m深）の取得済みのデータ議論を実施した。
・連続融解計測装置系（CFA）を用いた化学層位計測：初年度に試作したヘッドを用いて表面処理や氷の融解テストを実施し、さらに、小型融解ヘッド用の氷の保持装置を新たに設計・製作した。また、初年度に開始したCFA計測をさらに深部に延伸し、470.5m深～570.5m深について連続解析を実施した。
・塩微粒子の層位にかかる研究：顕微ラマン用DPSSレーザーを用いて、ドームふじアイスコア中に含まれる塩微粒子に対して種類・組成の同定作業を実施した。
このほか、アイスコアの信号形成にかかるプロセスにかかる研究として、南極地域観測隊に於いて南極内陸部のドームふじ地域で実施した氷床表面約50cm深度の比表面積の計測・解析を実施した。また、信号形成を解明する目的で、南極ドームふじ南方地域で掘削された142m長の浅層アイスコア、通称NDFNコアの各種解析を実施した。また、ドームふじアイスコアの固体電気伝導度解析として、２本の南極ドームふじ深層コアについて、固体電気伝導度（DEP）値の２コア間の信号強度の比較を実施した。氷床探査用レーダによる観測のデータ処理として、研究代表者の藤田は2018年度に第60次南極地域観測隊に参加し、南極内陸部のドームふじ地域で氷床探査用レーダを用いて約2000m厚～3000m厚をもつ南極氷床の大深部からの電磁波の散乱状態を調査した。氷床の大深部に、物理・化学的な層構造が維持されていることを確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

アイスコアの物理層位の計測については、機器開発をこの２年間で着実にすすめた。実際の装置系の運用と計測の進捗としても、前例のないレベルの詳細度と統計的な有意性をもつデータを取得した。アイスコアの結晶Ｃ軸方位の直接計測と検討については、必要なデータ取得と既存データの分析を確実に実施している。連続融解計測装置系（CFA）を用いたアイスコアの化学層位計測について、融解ヘッドの新規開発を着実にすすめた。CFA解析を、アイスコアの浅層部や中層部に関してのべ約420m長の解析をすすめた一方、装置故障が頻発し、本研究課題が焦点とする2400-3000m台のCFA解析への着手は遅れており、他の研究とあわせた解析待ち試料の待ち行列を考えたとき、楽観的な予断はできない。
アイスコア中の塩微粒子の層位にかかる顕微ラマン解析は順調に推移しており、論文化を待つ状況となっている。アイスコアの信号形成のプロセスにかかる研究の各項目については、南極氷床から新たに採取したサンプルを用いて多岐にわたる新規解析を実行し、データを蓄積しつつある。また、ドームふじアイスコアの固体電気伝導度解析の評価を着実に実行している。
最先端の氷床探査用レーダで南極氷床内陸部の底面近傍の観測を南極地域観測隊で実施し、氷床の大深部に存在する層構造を確認したほか、氷床流動モデルを用いた年代の検討を実施した。
２名のポスドク研究者を2019年10月から採用した。本研究の推進に最適任の研究者であった一方、採用時期が、研究の実質開始から１年以上経ってからのタイミングとなった。この点で、研究進捗の加速は次年度やそれ以降の重要な課題である。
論文成果としては、本科研費の研究は前駆的な期間からの着実な流れのなかで新知見を積み重ねて構築している。研究全体として、論文出版とデータの出版を加速すべき状況にある。これは次年度やそれ以降の重要な課題である。

Strategy for Future Research Activity

・アイスコアの物理層位の計測：ドームふじ深層コアについて、結晶方位構造の層位やその発達を読み解くために、ミリ波誘電率テンソルの計測を2400m深からより深い側に延伸する。それとあわせ、結晶Ｃ軸方位の直接計測とを実施し、ミリ波誘電率テンソルとの比較を行う。水平方向に切断したアイスコアを用いてのミリ波誘電テンソルを計測し、水平面内での誘電テンソルの主軸２成分の差を明らかにする。さらに、研究成果の論文化をはかる。
・連続融解計測装置系（CFA）を用いた化学層位計測：これまでに開発した小型の融解ヘッドの運用試験を重ねる。解析待ちサンプルのなかで、優先度を決めて、年間あたり約100m長を到達目標として今後の深部（2,400m深～3000m深）のCFA解析をすすめる。ドームふじアイスコアの中層のアイスコアとしては、約570m深～600m深の試料についての連続解析を実施する。また同様に、ドームふじ近傍で2017/2018年に新たに掘削された152m長の浅層コアについて、約75m深よりも浅い深度区間の計測を完了させる。データの出版、研究結果の論文公表にも着手する。
・塩微粒子の層位にかかる研究：不純物の存在状態の検知計測を、ラマン分光散乱を用いて継続する。各海洋同位体ステージ中に狙いをつけた離散的観測となる。既にこれまでの研究から、間氷期の氷の層位に含まれる塩微粒子では硫酸ナトリウムが大半を占めるが、氷期には、硫酸カルシウムや硝酸ナトリウムが多く出現することを見出している。継続計測は、この計測結果をさらに検証することになる。
このほか、アイスコアの信号形成にかかるプロセスにかかる研究、ドームふじアイスコアの固体電気伝導度解析、氷床探査用レーダの観測データとアイスコアデータとの比較、アイスコア間の気候変動イベントの年代差の抽出作業を、上記の研究主要部分とあわせて実施する。

Remarks

南極とグリーンランドという両極地域の氷床や氷河の掘削によってアイスコアを採取し、古環境を復元する研究から過去の地球規模の気候・環境変動を明らかにしてきたことを紹介。その時間スケールは、これまで最も古いものとしては南極ドームふじで掘削したアイスコアを用いて72万年の時間スケールをカバーするほか、将来のアイスコア掘削は100万年を超える年代までの古環境の調査を目指していることを紹介。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Kansas/University of Alabama(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Kansas/University of Alabama
• [Int'l Joint Research] Norwegian Polar Institute(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: Norwegian Polar Institute
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Cambridge
• [Journal Article] Compositions of Dust and Sea Salts in the Dome C and Dome Fuji Ice Cores From Last Glacial Maximum to Early Holocene Based on Ice‐Sublimation and Single‐Particle Measurements (2020)
  • Author(s): Oyabu I.、Iizuka Y.、Kawamura K.、Wolff E.、Severi M.、Ohgaito R.、Abe‐Ouchi A.、Hansson M.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 125 Pages: e2019JD032208
  • DOI: 10.1029/2019JD032208
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Prototype Ultra-Wideband FMCW Radar for Snow and Soil-Moisture Measurements (2019)
  • Author(s): Taylor Ryan A.、Braaten David、Tsutaki Shun、Abe-Ouchi A.、Fujita Shuji、Kawamura Kenji、Liefferinge Brice Van、Matsuoka Kenichi、Gogineni Sivaprasad、Gurbuz Sevgi、Kolpuke Shriniwas、Li Linfeng、O'Neill Charles、Yan Jie-Bang、Akins Torry、Carswell James
  • Journal Title: IGARSS 2019 - 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Yokohama, Japan, 2019 Volume: - Pages: 3974-3977
  • DOI: 10.1109/IGARSS.2019.8899024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Compact Multi-Channel Radar for >1Ma Old Ice Core Site Identification in East Antarctica (2019)
  • Author(s): Rodriguez-Morales F.、Carswell J.、Gogineni P.、Taylor R.、Yan J.、Abe-Ouchi A.、Fujita S.、Kawamura K.、Tsutaki S.、Liefferinge B. Van、Matsuoka K.、Ailon H.、Alvarez S.、Braaten D.、Karidi K.T.、Paden A.、Paden J.、Shang J.、Akins T.
  • Journal Title: IGARSS 2019 - 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Yokohama, Japan, 2019 Volume: - Pages: 4161-4164
  • DOI: 10.1109/IGARSS.2019.8899781
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Contrasting thinning patterns between lake- and land-terminating glaciers in the Bhutanese Himalaya (2019)
  • Author(s): Tsutaki Shun、Fujita Koji、Nuimura Takayuki、Sakai Akiko、Sugiyama Shin、Komori Jiro、Tshering Phuntsho
  • Journal Title: The Cryosphere Volume: 13 Pages: 2733～2750
  • DOI: 10.5194/tc-13-2733-2019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 次期南極深層コア掘削候補地選定のための氷床モデル計算 (2019)
  • Author(s): 小長谷 貴志、阿部 彩子、齋藤 冬樹、津滝 俊、藤田 秀二、松岡 健一、川村 賢二、Greve Ralf
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • Invited
• [Presentation] History of snow grain modification evaluated by specific surface area (SSA) and density using two ice cores from Greenland (2019)
  • Author(s): Ando, T., Y. Iizuka, M. Shibata, S. Matoba, S. Sugiyama, S. Adachi, S. Yamaguchi, K. Fujita, A. Hori, M. Niwano, T. Aoki, S. Fujita
  • Organizer: EGU 2019 (PICO session), Austria Center Vienna, Vienna, Austria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical forms of aerosol particles in Dome Fuji ice core for past 720 thousand years (2019)
  • Author(s): Hasegawa, D., Y. Iizuka, T. Suzuki, H. Ohno, S. Fujita
  • Organizer: the AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] International studies of ice sheet and bedrock at Dome Fuji, East Antarctica (2019)
  • Author(s): Shuji Fujita, Kenji Kawamura, Prasad Gogineni, Ayako Abe-Ouchi, David Braaten, Jean-Charle Gallet, Elisabeth Isaksson, Brice van Liefferinge, Kenichi Matsuoka, Charles O'Neil, John Paden, Fernando Rodriguez-Morales, Ryan A. Taylor, Shun Tsutaki, Jie-Bang Yan, the Japan-Norway-USA radar collaboration team, at Dome Fuji
  • Organizer: EGU2019 General Assembly, Vienna, Austria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Considerations for drilling site of an oldest ice core around Dome Fuji, Antarctica, based on radar sounding, shallow coring and ice-flow modeling (2019)
  • Author(s): Kenji Kawamura, Ayako Abe-Ouchi, Shuji Fujita, Takashi Obase, Fuyuki Saito, Ralf Greve, Shun Tsutaki, Fumio Nakazawa, Ikumi Oyabu, Hiroshi Ohno, Konosuke Sugiura, Kenichi Matsuoka, Kumiko Goto-Azuma, Hideaki Motoyama
  • Organizer: EGU2019 General Assembly, Vienna, Austria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] International studies of ice sheet and bedrock at Dome Fuji, East Antarctica (2019)
  • Author(s): Shuji Fujita, Kenji Kawamura, Prasad Gogineni, Ayako Abe-Ouchi, David Braaten, Jean-Charle Gallet, Elisabeth Isaksson, Brice van Liefferinge, Kenichi Matsuoka, Charles O’Neil, John Paden, Fernando Rodriguez-Morales, Ryan A. Taylor, Shun Tsutaki, Yan Jie-Bang, and 6 others
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Metamorphism of layered firn at Dome Fuji, Antarctica: Evolution of relations between Near-infrared reflectivity and the other textural/chemical properties (2019)
  • Author(s): Shuji Fujita, Kumiko Goto-Azuma, Motohiro Hirabayashi, Akira Hori, Yoshinori Iizuka, Yuko Motizuki, Hideaki Motoyama, Kazuya Takahashi, Hiroyuki Enomoto, Kotaro Fukui, Yu Hoshina, Fumio Nakazawa, Shin Sugiyama, Sylviane Surdyk
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sensitivity studies of the position and elevation of Dome Fuji, Antarctica using a high-resolution numerical ice-sheet model with revising the bedrock topography data by JARE-59 (2019)
  • Author(s): Fuyuki Saito, Shun Tsutaki, Ayako Abe-Ouchi, Takashi Obase, Shuji Fujita, Kenji Kawamura
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fixed point observation for daily snow surface monitoring along a latitudinal transect from the coast to the inland of Antarctica using camera images (2019)
  • Author(s): Konosuke Sugiura, Naohiko Hirasawa, Naoyuki Kurita, Kenji Kawamura, Fumio Nakazawa, Hiroshi Ohno, Shuji Fujita, Ikumi Oyabu, Takashi Yamanouchi, Hideaki Motoyama
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatiotemporal variability of surface mass balance along the JARE traverse route for 1992-2018 (2019)
  • Author(s): Shun Tsutaki, Hideaki Motoyama, Shuji Fujita, Kenji Kawamura, Ayako Abe-Ouchi, Spatiotemporal variability of surface mass balance along the JARE traverse route for 1992-2018
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atmospheric sea-salt and halogen chemistry in the Antarctic region (2019)
  • Author(s): Keiichiro Hara, Kazuo Osada, Masanori Yabuki, Sumito Matoba, Fumio Nakazawa, Shuji Fujita, Motohiro Hirabayashi, Takashi Yamanouchi
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
• [Presentation] JARE 内陸ルートにおける1992－2018 年の表面質量収支の時空間変動 (2019)
  • Author(s): 津滝俊、本山秀明、阿部彩子、藤田秀二、川村賢二
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会
• [Presentation] 氷床レーダー探査と浅層アイスコア、氷床流動モデルに基づく南極ドームふじ近傍における「最古のアイスコア」掘削地点の検討 (2019)
  • Author(s): 川村賢二、阿部彩子、藤田秀二、小長谷貴志、齋藤冬樹、Ralf Greve、津滝俊、中澤文男、大藪幾美、大野浩、杉浦幸之助、東久美子、本山秀明
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 連続融解法によって得られたNDF 浅層コア中のメタン濃度 (2019)
  • Author(s): 米倉綾香、川村賢二、大藪幾美、北村享太郎、尾形純、平林幹啓、福田かおり、中澤文男、大野浩、杉浦幸之助、藤田秀二、東久美子、本山秀明
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 顕微ラマン分光法および走査型電子顕微鏡 -エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた南極ドームふじアイスコアに含まれる微粒子の化学形態分析 (2019)
  • Author(s): 長谷川大輔、飯塚芳徳、鈴木利孝、藤田秀二
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 過去150 万年の氷期サイクル気候と古い南極氷探索のためのモデリング研究 (2019)
  • Author(s): 阿部彩子、小長谷貴志、齋藤冬樹、川村賢二、津滝俊、藤田秀二、本山秀明、渡辺泰、Ralf Greve、シェリフ多田野サム、木野佳音、Wing-Le Chan、三ツ井孝仁
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会
• [Presentation] JARE59 内陸トラバースルートにおける表面積雪SSA の広域観測 (2019)
  • Author(s): 大野浩、杉浦幸之助、山口悟、八久保晶弘、藤田秀二、中澤文男、大藪幾美、川村賢二
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] JARE59 氷床レーダ探査による南極ドームふじ周辺の基盤地形 (2019)
  • Author(s): 津滝俊、小長谷貴志、藤田秀二、阿部彩子、川村賢二、松岡健一、大野浩、大藪幾美、中澤文男、杉浦幸之助
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 南極ドームふじ近傍における氷床と基盤に関する国際共同研究（JARE60） (2019)
  • Author(s): 藤田秀二、川村賢二、Prasad Gogineni、阿部彩子、David Braaten、Jean-Charle Gallet、Elisabeth Isaksson、Brice van Liefferinge、松岡健一、Charles O’Neil、John Paden、Fernando Rodriguez-Morales、Ryan A. Taylor、津滝俊、Jie-Bang Yan、他14名
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 過去150 万年の南極Old Ice 探索のためのモデリング研究 (2019)
  • Author(s): 阿部彩子、小長谷貴志、齋藤冬樹、川村賢二、津滝俊、藤田秀二、本山秀明、Ralf Greve、Kenichi Matsuoka
  • Organizer: 雪氷研究大会 (2019・山形)、主催：公益社団法人 日本雪氷学会、日本雪工学会
• [Presentation] 南極とグリーンランドにおける深層アイスコア掘削 (2019)
  • Author(s): 川村 賢二、東 久美子、藤田 秀二、中澤 文男、大藪 幾美、本山 秀明、阿部 彩子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] フィルンコア試料を用いたグリーンランド南東部高涵養域における過去60年間の気候変動に伴った雪質変化の評価 (2019)
  • Author(s): 安藤 卓人、飯塚 芳徳、柴田 麻衣、的場 澄人、杉山 慎、安達 聖、山口 悟、藤田 耕史、堀 彰、青木 輝夫、藤田 秀二
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] A basal topographic map in the Dome Fuji region constructed from the ground-based radar survey in the JARE 59 (2019)
  • Author(s): 津滝 俊、小長谷 貴志、藤田 秀二、阿部 彩子、川村 賢二、松岡 健一、大野 浩、大藪 幾美、中澤 文男、杉浦 幸之助
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] Estimation of snow surface patterns from the coast to the inland, Dome-Fuji Station, of Antarctica, using camera images (2019)
  • Author(s): 杉浦 幸之助、渡辺 健吾、平沢 尚彦、川村 賢二、中澤 文男、大野 浩、藤田 秀二、大藪 幾美、山内 恭、本山 秀明
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] International studies of ice sheet and bedrock at Dome Fuji, East Antarctica (2019)
  • Author(s): 藤田 秀二、川村 賢二、Gogineni Prasad、阿部 彩子、Braaten David、Gallet Jean-Charles、Isaksson Elisabeth、van Liefferinge Brice、松岡 健一、O'Neill Charles、Paden John、Rodriguez-Morales Fernando、Taylor Ryan、津滝 俊、Yan Jie-Bang、他16名
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 不揮発性微粒子の昇華抽出と個別解析によるドームCおよびドームふじ氷床コア中のダストと海塩の沈着量・起源・変質過程の推定 (2019)
  • Author(s): 大藪 幾美, 飯塚 芳徳, 川村 賢二, Wolff Eric, Severi Mirko, Hansson Margareta
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] Spatiotemporal variability of surface mass balance along the JARE traverse route for 1991－2019 (2019)
  • Author(s): 津滝 俊、本山 秀明、阿部 彩子、藤田 秀二、川村 賢二
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 過去７２万年間の気候変動情報を含むアイスコアの物理と層位および「最古の氷」の研究 (2019)
  • Author(s): 藤田 秀二、平林 幹啓、飯塚 芳徳、大野 浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Remarks] 国立極地研究所 気水圏研究グループ 人、そして推進する研究
  • URL: http://polaris.nipr.ac.jp/~pmg/NC/htdocs/?page_id=36
• [Remarks] researchmap マイポータル
  • URL: https://researchmap.jp/s_fujita