気候変動がシベリア永久凍土地域の凍土圏・生物圏に与える影響の研究

• 研究課題/領域番号: 04041014
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 学術調査
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福田 正己 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (70002160)
• 研究分担者: IVANOV B. ロシア科学アカデミー, 付属ヤクーツク生物研究所, 教授 ; KUNITSKY V. ロシア化学アカデミー, 付属永久凍土研究所, 教授 ; 西城 潔 東北大学, 理学部, 助手 (00241513) ; 佐藤 利幸 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (00154071) ; 高橋 英樹 北海道大学, 農学部, 助教授 (70142700) ; 渡部 英昭 北海道教育大学, 教育学部, 助教授 (10167190) ; 戸田 正憲 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (40113592) ; IVANOB Boris.b. Russian Academy of Science, Yakutsk Biological Institute Prof. ; A. Arkhangel モスクワ大学, 地理学部, 準教授 ; I. Ivanov ロシア科学アカデミー, ヤクーツク生物研究所, 教授 ; V. Kunitsky ロシア科学アカデミー, ヤクーツク永久凍土研究所, 教授 ; 高久 元 北海道大学, 理学部, 助手 (40236203) ; IVANOV B ロシア科学アカデミー生物研究所, 副所長教授 ; RUSAKOV V ロシア科学アカデミーヤクーツク永久凍土研究所, 準教授 ; KUNITSKY V ロシア科学アカデミーヤクーツク永久凍土研究所, 教授 ; 曽根 敏雄 北海道, 低温科学研究所, 助手 (10222077)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 17,000千円 (直接経費: 17,000千円); 1994年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 1993年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 1992年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
• キーワード: 永久凍土 / 気候変動 / 地球温暖化 / メタンガス / 地下氷 / タイガ / ツンドラ / 種の多様性 / 氷期-間氷期 / 最終氷期 / 植物進化

研究概要

(1) 凍土班 1994年7月8日に研究協力者1名とともに新潟-ハバロフスクを経由してヤク-ツクに到着した。ここで永久凍土研究所の研究分担者とともに構内に設置したボーリング孔内の温度センサーを用いて1年分の温度記録を回収した。直ちにこの解析を行い、所定のコンピューターファイルを作成した。その後、必要機材とともに第一の調査地点-コリマ川河口ドバニヤールへ移動した。
7月13日より同25日まで、ドバニヤール地点の永久凍土中の地下氷(エドマ)についての現地調査を実施した。地下氷の産状について精密レーザー測量を行い、詳細な地形図をまず作成した。その後、垂直壁をロッククライミングの道具を用いて昇降し、一定間隔毎に氷の試料を採取した。さらにこれを用いて、氷の気泡に含まれるメタンガス及び2酸化炭素ガスの濃度を小型カスクロマトグラフを用いて現場測定した。その結果、他の地域との大きな相違点として、エドマ全層でのメタンガス濃度が低く、一方でCO2の濃度が高かった。更にエドマ中の凍土部分からの有機物を採取し、また堆積環境復元のための堆積物の粒度組成を調べた。これらの解析結果から、ドバニャ-ルのエドマは比較的乾燥した環境下で堆積したことが判明した。また採取した資料の炭素年代測定結果から、エドマの堆積時期は約4万年前のカルギンスキー亜間氷期にあたることも示された。エドマの典型的な露頭が連続する北極海沿岸地域(オイヤゴスキーヤール、大リャホフスキー島)で氷の採取を行い、そこに含まれるガス濃度組成を現地で分析した。また高濃度の部分からの空気中のメタンガスを抽出し、炭素同位対年代測定を行った。その結果、エドマに貫入する氷は4000yBPと推定した。さらにメタンガス濃度の分布について1993年度調査結果と対比したところ、レナ川下流での結果と極めて類似したプロファイルが得られた。また酸素同位体濃度の分布も極めて類似しており、エドマの堆積環境が東シベリアの北極海沿岸では同一でまた同時期であったことが示唆された。
地球温暖化の影響で、こうしたエドマ層の大規模融解が進行しており、地下氷に貯留されているメタンガスが大気へ放出されつつある。そこで、こうしたメタンガスフラックスを見積もるために、エドマの融解速度の測定をおこなった。大リャホフスキー島では、厚さ約30mのエドマが年間4.5m後退していることが確認された。 そこで、後退量の広域的見積もりからエドマの融解損失量をまず見積もり、さらに平均の濃度分布からメタンガス放出量を算出した。その結果、東シベリア全域でのエドマ融解によるメタンガス放出量は約10^9gであることが初めて分かった。
(2) 生物班 植物と動物調査からなる4名の生物班は1994年6月24日に新潟経由でヤク-ツクに到着した。研究協力機関である生物研究所の研究分担者とともに2班に分かれて現地調査地(ヤク-ツク周辺)、(オイミヤコン)へ移動した。動物班(昆虫班)はヤク-ツク近郊のタイガ林でショウジョウバエ種の垂直分布調査を行った。ショウジョウバエ種調査では約20、000個体で21種が採取された。うち4種は新種、1種はロシア新記録、1種はヤク-チア新記録の種であった。北半球各地のショウジョウバエ種と比較した結果、東シベリアのショウジョウバエ相は、北ヨーロッパのそれと最も高い類似性を示した。
シラカバ林内のショウジョウバエの種の垂直分布を冷温帯、亜寒帯と比較したところ、亜寒帯にはショウジョウバエ群落の生活空間はほとんど林床に限られていることが判明した。これは北方では樹形が細長くなり、林冠部が連続した植生階層を形成していないことによると考えられる。
ハナバナ種についてはマルハナバチ種分類を行い、全体が147個体、20種が採取された。ハナバチ種としては旧北米系要素と東アジア形要素の混合がある。動物班は7月下旬に沿海州のウスリ-スク自然保護区でショウジョウバエ相の調査を行った。約3、000個体、82種が採取された。うち6種は新種で、7種はロシア新記録、15種は沿海州新記録であった。
植物班は、ヤク-ツク周辺のタイガ及びシベリアでも冬季最寒の地であるオイミヤコン地域での植生分布調査を行った。植生ではツンドラやタイガ地域での湖沼に繁茂するイチヤク草、ユキノシタ科、さらにシダ植物の調査を実施した。植生における種の多様性を日本の高山植物と比較検討した。その結果、シベリアでは草本・低木相が予想よりも多用であった。調査対象区(2×2m)での限定した比較では、北日本の高山帯の約2倍、湿原の1.5倍に相当する多様性が見られた。年間の太陽エネルギー量の少ない制限要素のため、高緯度になるほど植物は小型化する。しかし、水分の供給条件では、永久凍土層の夏季融解層(活動層)では、下層に凍土層が遮水層として存在するため、有効に保水することが出来る。この活動層の存在が年間200mm程度の乾燥条件で森林と多様な植生を生み出していることが分かった。
(3)成果の公表活動 1995年1月筑波の森林総合研究所において、他の関連する研究機関との合同の成果発表シンポジウムを開催した。成果報告書(英文)を他の研究機関と協力して作成しており、3月末に出版する。さらに研究代表者以下6名が3月20日よりヤク-ツクを訪問し、ロシア側研究協力者との成果についての研究打ち合わせを行った。

研究成果

• [文献書誌] M.Fukuda,A.Arkhangelov and V.Kunitsky: "Methane Flux from Thawing Siberian Permafrost(Ice Complex)-Results from Field Observations-" EOS Supplemet November 1. No.1. 86 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 福田正己・長岡大輔・西城潔・中村俊夫・V.クニツキ-: "東シベリア各地の永久凍土中の有機物年代測定" 名古屋大学加速器質量分析計業績報告書. VI. 178-187 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 高橋英樹: "シベリア極寒の地ベルフォヤンスクの植物" 北方山草. 11. 7-8 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 高橋英樹: "ヤク-ト(サハ)の植物地理" 日本植物分類学会会報. 10. 21-33 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 佐藤利幸: "植物構築の寒冷地適応進化-緯度クラインと空間配置スケーリング" 大気電気研究. 45. 18-21 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 福田正己: "シベリアとアラスカの自然史 第2章 モンゴロイド「極北の旅人」28HD01:1995" 東京大学出版会, 250
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Fukuda, A.Arkhangelov and V.kunitsky: "Methane Flux from Thawing Siberian Permafrost" EOS SUPPLEMENT. No.1. 86-87 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Saijyo, D.Nagaoka and M.Fukuda: "Geomorphic change in relation to thawing Edoma on the southern coast of the Bolyshoi Lyharosky Island, east Siberia" Proceeding of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. 1-5 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] D.nagaoka, K.Saijyo and M.Fukuda: "Sedimental environment of the Edoma in high Arctic eastern Siberia" Proceeding of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. 6-12 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Moriizumi, T.Iida and M.Fukuda: "Radio-carbon dating of methane obtained from air in the ice complex (edoma) in Arctic coast area of east Siberia" Proceeding ot the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. 13-20 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Fukuda, A.arkhangelov and V.Kunitsky: "Emission of methane flux from thawing Edoma in eastern Siberia" Proceeding of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. 21-27 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Igarashi, M.Fukuda, D.Nagaoka and K.Saijyo: "Vegetation and climate during accumutaing period of Edoma, inferred from pollen records" Proceeding of the Third Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. 89-95 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Fukuda: Paleo-environment of Siberia and Alaska (in Japanese with English summary). Tokyo University Ptess, 23-78 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 福田正己: "シベリアで何が起っているか-日本・ロシア共同永久凍土調査-" 極地. 58. 1-5 (1994)
• [文献書誌] T.Nakayama: "Effects of climatic wormisy on the active layer" proc.of Sith International conf.of Permafrost. 1. 488-493 (1993)
• [文献書誌] M.Fukuda: "Methave flux from melting edoma" Nature. (予定). (1994)
• [文献書誌] M.Fukuda: "Methaue concentrction in Ice-wedge of Fox Turml" Holoceve. (予定). (1994)
• [文献書誌] G.Takaku: "Phoretic mites collated on ground beetles in sakha" J.of Acarological Soc.Japan. 20. 17-21 (1994)
• [文献書誌] T.Sato: "Scoling anelysis from tropic to tundra and concluding remark" Proc.Inter.Biological Congh. 421-423 (1993)
• [文献書誌] 渡部英昭: "シベリア産のショウジョウバエの細胞遺伝的研究(I)" 昆虫学会誌. (予定). (1994)
• [文献書誌] 渡部英昭: "中国遼寧省のショウジョウバエ相" 北海道教育大学紀要. 44. 1-13 (1993)
• [文献書誌] M.Fukuda: "Occurrence and Genesis of Ice complex in easlern Siberia" Proc.Second Siberian Permefrost Study between Japan and Russia. 8-16 (1994)
• [文献書誌] A.Narita: "Structural Characteristics of Ice Complex in Siberia" Proc.Second Siberian Permefrost Study between Japan and Russia. 17-23 (1994)
• [文献書誌] 福田正己: "シベリアとアラスカの自然" 東京大学出版会 (予定), (1994)
• [文献書誌] 福田正己: "シベリア-自然とひと-" 北海道大学図書刊行会 (予定),
• [文献書誌] 福田 正己: "シベリア永久凍土からのメタンガス発生について" 極地.
• [文献書誌] M,Fukuda(ed): "Proceedings of Symposium on Joint Permafrost studies between Japan and Russia" Institute of Low Temperature Science, 102 (1993)