新たな古環境指標の探索と後期中新世～鮮新世の氷床／海氷／南極周極流システム発達史

• 研究課題/領域番号: 19J01441
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分17050:地球生命科学関連
• 研究機関: 筑波大学 (2021); 高知大学 (2019-2020)
• 研究代表者: 加藤 悠爾 筑波大学, 生命環境系, 特任助教
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 珪藻 / 黄金色藻シスト / 南大洋 / 南極氷床 / 黄金色藻 / 微化石

研究開始時の研究の概要

南大洋（南極海）は，地球環境に大きな影響を与える重要な海域であり，過去の南大洋でどのような環境変動が起こっていたのかを具体的に知ることは，地球システムを理解する上で必須課題である．本研究は，急激な寒冷化や温暖化が起こったとされる後期中新世～鮮新世（約600～250万年前）の南大洋における海流・海氷・氷床の変動史を総合的に復元する試みである．研究試料には，南大洋の堆積物に多産する珪藻や黄金色藻類（植物プランクトンの仲間）の化石を用いる．

研究実績の概要

本研究課題の柱のひとつである黄金色藻シストに関しては，以下の分析を行った．まず，南大洋大西洋セクターの約30地点（研究航海KH-19-6 Leg 4）で採取した海水濾過試料の定量分析を行い，南大洋大西洋セクターにおける現生珪藻群集組成と黄金色藻シスト存在量，およびそれらの地理分布が網羅的に解明された．その結果，融氷水の影響下にあると考えられる軽い酸素同位体比を持つ海水試料に黄金色藻シストが多く含まれていることがわかった．さらに，南極半島沿岸域において採取された堆積物コア試料（KH-19-6 Leg 4 PC 01）で微化石分析（珪藻化石群集，珪藻存在量，黄金色藻シスト化石存在量）を行なったところ，黄金色藻シスト化石の産出量は，氷山融解を指標するIBRD（漂流岩屑）の産出量パターンと良く一致した．また，これらの分析で完新世中期温暖期における氷床融解イベント（約5000〜3200年前）を検出するなど，完新世の南極半島氷床変動に関する新たな知見も得られた．このように現生試料・化石試料の両者の分析を通じて，黄金色藻シスト化石の産出が融氷イベントの指標となることを裏付ける証拠を得ることができた．これらの成果は複数の国際誌論文として投稿予定である．
珪藻化石による古環境復元・古環境プロキシ開発については，以下の進展があった．まず，受入研究機関で習得した珪藻殻酸素同位体比分析の前処理法を改良し，任意の様々な珪藻種を分離・濃集する技術を開発した．具体的には，珪藻殻が発する蛍光の特性がタクサによって異なることを利用して，簡易的な前処理とセルソーターを用いた手法である．本成果は国際誌論文として投稿中である．また，IODP Exp. 382（2019年度初頭に乗船）で得た高解像度の第四紀堆積物 Site U1538の珪藻化石分析が引き続き進行中で，最終間氷期における海氷分布の減少や生物生産量の増大などが検出されている．

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Antiphased dust deposition and productivity in the Antarctic Zone over 1.5 million years (2022)
  • 著者名/発表者名: Weber Michael E.、Bailey Ian、Hemming Sidney R.、et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 2044-2044
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29642-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 秋田県出羽山地の笹森丘陵に分布する新第三系の地質と珪藻化石層序 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤悠爾、柳沢幸夫
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 127 号: 2 ページ: 105-120
  • DOI: 10.5575/geosoc.2020.0058
  • NAID: 130008038295
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2021-02-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Purification of Disc-Shaped Diatoms from the Southern Ocean Sediment by a Cell Sorter to Obtain an Accurate Oxygen Isotope Record (2021)
  • 著者名/発表者名: Ijiri Akira、Izumi Takeshi、Morono Yuki、Kato Yuji、Terada Takeshi、Ikehara Minoru
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 5 号: 10 ページ: 2792-2806
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.1c00201
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Magnetostratigraphic Insights From Iceberg Alley on the Rhythms of Antarctic Climate During the Plio‐Pleistocene (2021)
  • 著者名/発表者名: Reilly B.,Tauxe L.,Brachfeld S.,Raymo M.,Bailey I.,Hemming S.,Weber M.,Williams T.,Garcia M.,Guitard M.,Martos Y.,Perez L.,Zheng X.,Armbrecht L.,Cardillo F.,Du Z.,Fauth G.,Glueder A.,Gutjahr M.,Hernandez‐Almeida I.,Hoem F.,Hwang J.H.,Iizuka M.,Kato Y.,Kenlee B.,O’Connell S.,Peck V.,Ronge T.,Seki O.,他2名
  • 雑誌名: Paleoceanography and Paleoclimatology 巻: 36 号: 2 ページ: 1-27
  • DOI: 10.1029/2020pa003994
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Miocene to present oceanographic variability in the Scotia Sea and Antarctic ice sheets dynamics: Insight from revised seismic-stratigraphy following IODP Expedition 382 (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez L.F., Martos Y.M., Garcia M., Weber M.E., Raymo M.E., Williams T., Bohoyo F., Armbrecht L., Bailey I., Brachfeld S., Glueder A., Guitard M., Gutjahr M., Hemming S., Hernandez-Almeida I., Hoem F.S., Kato Y., O'Connell S., Peck V.L., Reilly B., Ronge T.A., Tauxe L., Warnock J., Zheng X.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 553 ページ: 116657-116657
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116657
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diatom-based reconstruction of the Subantarctic Front migrations during the late Miocene and Pliocene (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, Yuji
  • 雑誌名: Marine Micropaleontology 巻: 160 ページ: 101908-101908
  • DOI: 10.1016/j.marmicro.2020.101908
  • 査読あり
• [学会発表] Purification of disc-shaped diatoms from Southern Ocean sediment by cell sorter and their oxygen isotope analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ijiri, A., Izumi, T., Morono, Y., Kato, Y., Terada, T., Ikehara, M.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Abrupt Holocene ice-sheet retreat in Lutzow-Holm Bay, East Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅沼 悠介，羽田 裕貴，板木 拓也，関 宰，石輪 健樹，川又 基人，藤井 昌和，草原 和弥，平野 大輔，岩井 雅夫，加藤 悠爾，松井 浩紀，天野 敦子，香月 興太，大森 貴之，平林 幹啓，松崎 浩之，山形 武靖，伊藤 優人，杉山 慎，西田 尚央，奥野 淳一，池原 実，三浦 英樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] セルソーターを用いた中心型珪殻の完全分離による珪藻殻酸素同位体指標の高精度化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井尻 暁，泉 孟，諸野 祐樹，加藤 悠爾，寺田武志，池原 実
  • 学会等名: 2021年度日本地球化学会第68回年会
• [学会発表] 東南極リュツォホルム湾海底堆積物から復元した最終氷期以降の氷床後退過程 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅沼 悠介，羽田 裕貴，板木 拓也，石輪 健樹，藤井 昌和，加藤 悠爾，大森 貴之，天野 敦子，岩井 雅夫，西田 尚央，草原 和弥，平野 大輔，関 宰，香月 興太，川又 基人，松井 浩紀，奥野 淳一，池原 実，三浦 英樹
  • 学会等名: 日本地質学会第128年学術大会
• [学会発表] 南極半島北西域における過去5000年間の氷床融解史 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 広大，加藤 悠爾，山本 裕二，安 鉉善，朝日 博史，池原 実
  • 学会等名: 第7回地球環境史学会年会
• [学会発表] セルソーターを用いた海底堆積物中に産する珪藻化石のタクサごとの分離 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 悠爾，諸野 祐樹，井尻 暁，寺田 武志，池原 実
  • 学会等名: 日本珪藻学会第41回研究集会
• [学会発表] Fossil diatom records from IODP Exp. 382 Sites U1536 and U1538 (preliminary results) (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Weber, M.E., Raymo, M.E., Williams, T. and the IODP Expedition 382 Scientists
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [学会発表] Preliminary results of IODP Exp. 382: Iceberg Alley and Subantarctic Ice and Ocean Dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Seki, O., Iizuka, M., Yamamoto, M., Weber, M.E., Raymo, M.E., Williams, T. and the IODP Expedition 382 Scientists
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [学会発表] IODP Expedition 382 (Iceberg Alley) - Preliminary results on dust-climate couplings (2020)
  • 著者名/発表者名: Weber, M.E., Raymo, M.E., Peck, V.L., Williams, T., Seki, O., Kato, Y., Iizuka, M. and IODP 382 Scientists
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • 招待講演
• [学会発表] Migration history of the Subantarctic Front during the late Miocene and Pliocene based on diatom evidence (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y.
  • 学会等名: 13th International Conference on Paleoceanography
  • 国際学会
• [学会発表] 新たな古環境プロキシとしての黄金色藻シスト化石 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤 悠爾，須藤 斎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 氷期間氷期を通じた南極前線変動の追跡 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井 浩紀，加藤 悠爾，須藤 斎，池原 実
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 招待講演