2020 Fiscal Year Research-status Report
シャコガイ殻の日輪計測と炭酸凝集同位体法による1000万年間の地球自転速度の復元
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20K20932
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
渡邊 剛 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80396283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 敦子 九州大学, 理学研究院, 助教 (40723820)
駒越 太郎 特定非営利活動法人喜界島サンゴ礁科学研究所, 研究部門, 研究員 (90868407)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 自転速度 / シャコガイ殻 / 炭酸凝集同位体分析 / 成長線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、昼と夜に貝殻を開閉し太陽日輪を刻む化石シャコガイ殻を用いて、過去1000万年間の地球の自転速度を復元することを目的とする。1)シャコガイ殻の太陽暦(日・年)キャリブレーション、2)化石シャコガイ試料の採取と年代測定、3)現生および化石の成長線解析と炭酸凝集同位体分析を行い、シャコガイ殻に記録される公転周期の中に、日輪が何本刻まれているかを計測し、過去の自転速度を復元する。本研究は世界初の地球自転計を目指すものであり、その成果は化学分析の必要ない新しい年代決定法の開発や古代天文暦の謎を解明するなど多分野への強い波及効果が期待される。
地球の自転速度は、地質時代を通じて海水やマントルと地殻の密度の差による摩擦力により減速しているとされているが、有史以前は自転速度を見積もることのできる観察記録が存在しない。また、過去の自転速度を直接的に復元する方法はなかった。現在の地球の条件では、自転周期と原子時計にズレが生じ、約500日に1秒の閏秒が挿入される。自転速度の変化は、”海洋にかかる遠心力を変化させ地球の海水準を変動させる”、”地殻の扁平率を減少させ地球表面の日射量を増大させる”、”プレート運動の歪みを増大させ地震を発生させる”など、地球の気候変動や地殻変動への影響が示唆されているが、地球史を通じた過去の自転速度の直接データは存在せず、地球環境変動との相互関係はこれまで議論されていない。本研究では、昼と夜に貝殻を開閉し太陽日輪を刻む化石シャコガイ殻を用いて、過去1000万年間の地球の自転速度を復元することを目的とする。
本年度は飼育実験のためのシャコガイの採取とシャコガイ化石試料の整理を行い必要な試料を揃えた。また、シャコガイの炭素凝集同位体比測定のために、Sr/Ca比温度計を作成済みの浅海サンゴ骨格試料を用いて、測定条件の検討と水温の年周期の検出が可能なことを検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1)シャコガイ殻の太陽暦(日・年)キャリブレーション：鹿児島県大島郡喜界島において現生シャコガイ10個体を採取し、 屋外水槽にて飼育を開始した。シャコガイ殻の日輪形成のタイミングと日輪幅の変動要因を明らかにするため、殻の開閉とその継続時間をとらえるための動体センサーの検討を業者へ相談し進めている。飼育水槽に照度および温度ロガーを設置し、日射量、日照時間、水温の年周期成分の観測を実施している。
2)化石シャコガイ試料の採取と年代測定：喜界島、パプアニューギニア、インドネシアジャワ島、フィリピンルソン島北部およびセブ島で報告されている化石試料を採取する。喜界島では完新世～更新世、インドネシアでは中新世、シャコガイの化石試料を収集している。フィリピンルソン島北部とパプアニューギニアの化石はこれまでに先行研究で使用されたものの使用許可を得ており、整理を行なっている。
3)現生および化石の成長線解析と炭酸凝集同位体分析：炭酸凝集同位体温度計の開発のために、既存のSr/Ca比とロガーデータによる水温計が開発されている、喜界島で採取された浅海サンゴのボーリングコアと同一の試料を用いて、炭素凝集同位体の測定を実施している。喜界島の浅海サンゴボーリングコアの炭素凝集同位体比はSr/Ca比温度計とよく一致した年変動を示しており、炭素凝集同位体比の質量分析計による測定条件を確立しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)シャコガイ殻の太陽暦キャリブレーション：シャコガイ殻の日輪形成のタイミングと日輪幅の変動要因を明らかにするため、長期飼育実験により殻の開閉とその継続時間を動体センサーで捉え、飼育期間中の殻の日輪数と日輪幅を直接比較する。採取したシャコガイの飼育は本年度も継続し、次年度に軟体部を速やかに除去し、殻を最大成長軸に沿って切断し薄片を作成予定である。光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡を用いて、殻の日輪数と日輪幅を計測し、運動記録および環境記録と比較することにより、日輪および年輪形成を決定する殻の運動、日射量、水温、個体間や観察方法による差の補正を行う。
2)化石シャコガイ試料の採取と年代測定：日輪幅の変化により形成される年輪と炭酸カルシウムである殻の炭酸凝集同位体による水温の年変動を比較して年周期を得る。試料の薄片および電子顕微鏡観察、鉱物組成分析により続成過程の影響を検討し、殻形成時の初生値が保存された地球化学的分析用の試料を選別する。微化石群集組成、放射性炭素年代により化石試料の年代を決定。
3)現生および化石の成長線解析と炭酸凝集同位体分析：中期中新世(1000万年前)、後期中新世(500年前)、中期鮮新世(350 万年前)、後期更新世(6万年前)、完新世(6千年前)、現生のシャコガイ殻を用いて、殻に記録される年周期すなわち公転周期の中に、日輪が何本刻まれているかを計測し過去の自転速度を復元する。現在飼育しているシャコガイの殻および化石殻試料を最大成長軸に沿って切断し、薄片および化学分析用の切片を切り出し、薄片による年輪観察と炭酸凝集同位体温度計を用いた絶対水温の年周期から、殻に刻まれる公転周期(一年間)を明らかにする。薄片観察により年輪に含まれる日輪数と日輪幅を計測。殻に記録される一年の間に含まれる日輪の数から年間の日数の平均を求め、各年代で比較し地球の自転の減衰速度を見積もる。
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| Causes of Carryover |
申請時に予定していた、シャコガイ試料採取のための海外（インドネシアおよびパプアニューギニア）への渡航が、世界的な新型コロナウイルス流行により実施できなかった。また、採取するシャコガイも国内での緊急事態宣言による移動の制限もあり（北海道―喜界島）予定数を下回ってしまったことと、殻体運動センサーが検討段階で導入まで進行することができなかった。感染症による世界情勢に対処するため、これまでの先行研究で採取されている化石試料等の譲渡や使用許可を進めており、現地の協力研究者との共同を図りながら必要な年代の試料の収集を進める。
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[Journal Article] Daily and annual shell growth in a long-lived freshwater bivalve as a proxy for winter snowpack2021
Author(s)
Watanabe, T., Suzuki, M., Komoto, Y., Shirai, K., Yamazaki, A.
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Journal Title
Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology
Volume: accepted
Pages: -
Peer Reviewed / Open Access
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