高解像度マルチアーカイブ分析による太陽地磁気変動史と宇宙線イベントの解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H00706
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 堀内 一穂 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00344614)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮原 ひろ子 武蔵野美術大学, 造形学部, 教授 (00532681) ; 三宅 芙沙 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (90738569) ; 川村 賢二 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (90431478) ; 山崎 俊嗣 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (80344125) ; 小田 啓邦 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, 上級主任研究員 (90356725) ; 笹 公和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20312796)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 宇宙線生成核種 / 太陽活動 / 地磁気変動 / 宇宙線イベント / 古環境アーカイブ / アイスコア / 堆積物 / 年代決定

Outline of Annual Research Achievements

南極ドームふじアイスコアを利用して、酸素同位体ステージ6の百年解像度ベリリウム10分析を行った。また、同コアの数値年代を主にガス分析に基づいて向上させるとともに、ガス分析融解水のベリリウム10分析を継続した。さらに、南極大陸でのベリリウム10の時空間分布を正確に把握するために、第63次南極地域観測隊に同行者（大谷　昂）を派遣し、表層積雪の採取を行った。これらに加えて、太平洋とインド洋の海底堆積物を対象にした地磁気極小期の高時間解像度ベリリウム同位体分析を行った。堆積物から得られたデータは、古地磁気強度変動記録やドームふじアイスコアのベリリウム10記録と、逐次比較された。こうした試みにより、地質時代の太陽活動と地磁気変動史の詳細解明に資するデータを得ることができた。
単年解像度での分析が必要な完新世の宇宙線イベントに関して、紀元前約5500年の特異な太陽極小期の性質を、ドームふじアイスコアを対象とした単年解像度でのベリリリウム10分析や数年解像度での塩素36分析により明らかにし、論文として公表した。また、下北半島猿ケ森埋没林の炭素14分析により、13世紀に少なくとも3回の巨大太陽嵐イベントが起こっていた事実を発見し、これも論文として公表した。さらに、中国雲南省の陸域炭酸塩堆積物（トラバーチン）を対象に、単年解像度のベリリウム10分析を行った。こうした試みにより、過去数千年間の短期宇宙線イベントに関する情報が集積しつつあり、これを鍵として、より古い時代のイベントを解明するための重要な手がかりが得られつつある。
以上の結果を含めた関連する成果について、国際学会での発表や論文での公表を行った。また最終年度の研究に備えて、試料の分取や成果のまとめに向けた研究打ち合わせを実施した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本事業は大きく分けて、（１）過去50万年間の高解像度宇宙線生成核種記録の獲得と宇宙線層序による海陸の詳細対比、（２）宇宙線層序に挿入する数値年代の向上、（３）太陽活動・地磁気変動史の詳細解明、（４）未知宇宙線イベントの探索と発見、（５）宇宙線層序編年の高度化と拡張を目標としている。昨年度に引き続いて本年度も、新型コロナウイルスの影響で、アイスコア試料の分取や研究成果の公表に一部停滞を余儀なくされたが、他の事項は順調に進行した。

Strategy for Future Research Activity

計画の遂行に大きな問題は生じていないことから、当初の計画通り課題を推進する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 華東師範大学/中国科学院地球化学研究所(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 華東師範大学/中国科学院地球化学研究所
• [Int'l Joint Research] アラスカ大学フェアバンクス校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アラスカ大学フェアバンクス校
• [Journal Article] Recurrent large-scale solar proton events before the onset of the Wolf grand solar minimum (2022)
  • Author(s): Hiroko Miyahara, Fuyuki Tokanai, Toru Moriya, Mirei Takeyama, Hirohisa Sakurai, Motonari Ohyama, Kazuho Horiuchi, and Hideyuki Hotta
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Pages: e2021GL097201
  • DOI: 10.1029/2021GL097201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unlocking information about fine magnetic particle assemblages from first-order reversal curve diagrams: Recent advances (2022)
  • Author(s): Andrew P. Roberts, David Heslop, Xiang Zhao, Hirokuni Oda, Ramon Egli, Richard J. Harrison, Pengxiang Hu, Adrian R. Muxworthy and Tetsuro Sato
  • Journal Title: Earth-Science Reviews Volume: 227 Pages: 103950
  • DOI: 10.1016/j.earscirev.2022.103950
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-resolution 10Be and 36Cl data from the Antarctic Dome Fuji ice core (~100 years around 5480 BCE): An unusual Grand Solar Minimum occurrence? (2021)
  • Author(s): K. Kanzawa, F. Miyake, K. Horiuchi, K. Sasa, K. Takano, M. Matsumura, T. Takahashi, Y. Motizuki, K. Takahashi, Y. Nakai, K. Ohtani, Y. Tada1, Y. Ochiai, H.Motoyama, H. Matsuzaki, A. Yamazaki, Y. Muramatsu, and T. Yamagata
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: e2021JA029378
  • DOI: 10.1029/2021JA029378
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A single-year cosmic ray event at 5410 BCE registered in 14C of tree rings. (2021)
  • Author(s): Miyake, F., I. P. Panyushkina, A. J. T. Jull, F. Adolphi, N. Brehm, S. Helama, K. Kanzawa, T. Moriya, R. Muscheler, K. Nicolussi, M. Oinonen, M. Salzer, M. Takeyama, F. Tokanai, L. Wacker
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: e2021GL093419
  • DOI: 10.1029/2021GL093419
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fractionation of O2/N2 and Ar/N2 in the Antarctic ice sheet during bubble formation and bubble-clathrate hydrate transition from precise gas measurements of the Dome Fuji ice core (2021)
  • Author(s): Oyabu, I., Kawamura, K., Uchida, T., Fujita, S., Kitamura, K., Hirabayashi, M., Aoki, S., Morimoto, S., Nakazawa, T., Severinghaus, J. P., and Morgan, J. D.
  • Journal Title: The Cryosphere Volume: 15 Pages: 5529-5555
  • DOI: 10.5194/tc-15-5529-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Variation of solar cycle before the onset of the Maunder Minimum revealed by high-precision carbon-14 analyses (2021)
  • Author(s): Hiroko Miyahara, Fuyuki Tokanai, Toru Moriya, Mirei Takeyama, Hirohisa Sakurai, Kazuho Horiuchi, and Hideyuki Hotta
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial variations of 10Be in surface snow along the inland traverse route of Japanese Antarctic Research Expedition (2021)
  • Author(s): Kazuho Horiuchi, Shinji Kato, Kou Ohtani, Naoyuki Kurita, Shun Tsutaki, Fumio Nakazawa, Hideaki Motoyama, Kenji Kawamura, Hirofumi Tazoe, Naofumi Akata, Keisuke Yamagata, and Hiroyuki Matsuzaki
  • Organizer: 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exploration of beryllium calcination condition for the high-resolution 10Be analysis of cosmic ray events (2021)
  • Author(s): Kanzawa, K., Miyake, F., Horiuchi, K., Fujimori, R., Yamagata, T. and Matsuzaki, H.
  • Organizer: 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多数試料Be同位体分析による古宇宙線変動の解明と古記録間の同期 (2021)
  • Author(s): 堀内一穂
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会
  • Invited
• [Presentation] 観測・歴史時代の宇宙線・大気環境のプローブとしての高解像度宇宙線生成核種分析 (2021)
  • Author(s): 堀内一穂
  • Organizer: グリーンランド南東ドームアイスコア、研究・掘削報告と分析計画に関する研究集会
• [Presentation] Measurement of cosmogenic 10Be in endogenic travertine deposits at Baishuitai (2021)
  • Author(s): Hiroko Miyahara, Hongyang Xu, Limin Zhou, Kazuho Horiuchi, Hiroyuki Matsuzaki
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Solar cycles around the onset of the Maunder Minimum (2021)
  • Author(s): Hiroko Miyahara, Fuyuki Tokanai, Toru Moriya, Mirei Takeyama, Hirohisa Sakurai, Kazuho Horiuchi, Hideyuki Hotta
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Paleoceanographic interpretation of environmental magnetic and XRF core scanner data from sediment cores in the Western Pacific Warm Pool (2021)
  • Author(s): Toshitsugu Yamazaki, Futoshi Nanayama, Kosuke Inoue, Kazuho Horiuchi
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙線生成核種を用いた過去の極端太陽現象の調査 (2021)
  • Author(s): 三宅芙沙
  • Organizer: 日本質量分析学会同位体比部会2021
  • Invited
• [Presentation] Search for past SEP events using tree-ring 14C data (2021)
  • Author(s): F. Miyake, I. P. Panyushkina, A.J. T. Jull, F. Adolphi, N. Brehm, S. Helama , K. Kanzawa, T. Moriya, R. Muscheler, K. Nicolussi, M. Oinonen, M. Salzer, M. Takeyama, F. Tokanai, L. Wacker
  • Organizer: 3rd International Radiocarbon in the Environment Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of Non-Radiocarbon Accelerator Mass Spectrometry at the University of Tsukuba (2021)
  • Author(s): Kimikazu Sasa, Masumi Matsumura, Tsutomu Takahashi
  • Organizer: Technical Meeting on Developments in Non-Radiocarbon Accelerator Mass Spectrometry Techniques and Relevant Applications
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Paleochrono probabilistic model to derive a consistent chronology for several paleoclimatic sites (2021)
  • Author(s): F. Parrenin, L. Bazin, C. Buizert, E. Capron, J. Chowdhry-Beeman, E. Corrick, R. Drysdale, K. Kawamura, A. Landais, R. Mulvaney, I. Oyabu, S. Rasmussen
  • Organizer: EGU General Assembly 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アイスコアの気体や微粒子の解析に基づく気候変動の研究 (2021)
  • Author(s): 大藪幾美、川村賢二、飯塚芳徳、北村享太郎、Margareta Hansson、Eric Wolff、Mirko Severi、大垣内るみ、阿部彩子、Remi Dallmayr、北村 明弘、沢田近子、Jeffrey P. Severinghaus、Ross Beaudette、Anais Orsi、菅原敏、石戸谷重之、Dorthe Dahl-Jensen、東久美子、青木周司、中澤高清
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会
  • Invited
• [Remarks] 堀内研のWeb Page
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~kh/
• [Remarks] 太陽地球圏環境予測 オープン・テキストブック（PSTEP Open Textbook)
  • URL: https://nagoya.repo.nii.ac.jp/search?search_type=2&q=1621213872938
• [Remarks] 走査型SQUID顕微鏡の開発と地質試料への応用(1), センサイト・プロジェクト: 特集・解説記事
  • URL: http://sensait.jp/17452/
• [Remarks] 走査型SQUID顕微鏡の開発と地質試料への応用(2), センサイト・プロジェクト: 特集・解説記事
  • URL: http://sensait.jp/17468/