炭酸塩試料を用いた長期間かつ高解像度の古環境復元

• 研究課題/領域番号: 19KK0083
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 高知大学 (2021-2022); 東京大学 (2019-2020)
• 研究代表者: 佐野 有司 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 特任教授 (50162524)
• 研究分担者: 白井 厚太朗 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (70463908) ; 鹿児島 渉悟 富山大学, 学術研究部理学系, 特命助教 (70772284) ; 高畑 直人 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (90345059)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 古環境復元 / 炭酸塩 / 地球化学 / 質量分析 / 年代測定 / 炭酸塩試料 / ウランートリウム年代測定 / NanoSIMS

研究開始時の研究の概要

台湾大学において行うウラン－トリウム年代測定法と東京大学で行う高解像度微量元素分析法を融合させることにより，サンゴ骨格や鍾乳石などの炭酸塩試料から過去の環境を長期間かつ高解像度で復元することを目的とする．氷期・間氷期サイクルや地球温暖化に対し，アジアモンスーン・エルニーニョ・太平洋十年規模振動がどのように応答してきたのかに注目する．また火山噴火が気候変動に及ぼした影響についても評価する．

研究実績の概要

本研究では、サンゴ骨格・鍾乳石・二枚貝など付加成長する炭酸塩試料について、高精度年代決定法と高解像度元素・同位体分析法を融合させることにより、過去の環境を長期間かつ高精度で復元することを目的とする。具体的には、炭酸塩試料のウラン－トリウム年代測定法の世界的権威である国立台湾大学のSHEN教授との共同研究を通じて、炭酸塩試料の年代を高精度で決定するとともに、二次イオン質量分析計(NanoSIMS)等を用いて高解像度の微量元素分析を行なうことによって、氷期・間氷期サイクルや地球温暖化に対してアジアモンスーン・エルニーニョ・太平洋十年規模振動がどのように対応してきたか、といった問題の解明を目指す。
2022年度は昨年度から引き続き、LIBSと窒素安定同位体比質量分析法を組み合わせた、局所窒素同位体比分析法に関する基礎実験を進めた。その結果、生物起源炭酸塩について数百マイクロメートルの領域から窒素同位体比を実用的な精度で分析できる可能性が示された。
また昨年度に引き続き、長寿二枚貝ビノスガイの分析を古環境復元に応用するため、局所分析法を用いて微量元素変動メカニズムの検討を進めた。殻のストロンチウム／カルシウム比とマグネシウム／カルシウム比は殻の微細構造に強く影響を受けることが明らかとなった。一方、バリウム／カルシウム比は環境変化の影響を記録している可能性が示された。
若手外国人研究者の養成を目的として、東京大学大気海洋研究所および高知大学海洋コア国際研究所でEscobar-Nakajima博士を雇用して研究活動を進めた。
2022年10月に、台湾の国立台湾大学でウランートリウム年代測定に関する研究打合せを行った。
炭酸塩試料に記録され得る環境情報の調査を目的として、阿蘇山・雲仙岳の炭酸泉の観測を実施し、温泉水・ガスの化学・同位体組成は火山の形状・熱水系構造の違いを反映することを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

海外渡航を伴う人的な交流を進めるとともに、外国人若手研究者の育成を進めた。また、NanoSIMSやLA-ICP-MSを用いた分析や、LIBSを用いた新規分析手法の開発は順調に進んでいるため、全体では計画はおおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

今年度も台湾の国立台湾大学を訪問しウランートリウム年代測定を進める。鍾乳石および二枚貝を用いた研究については成果が得られつつあるので研究を継続的に進める。

研究成果

• [国際共同研究] 国立台湾大学(その他の国・地域)
• [国際共同研究] 国立台湾大学(その他の国・地域（台湾）)
• [雑誌論文] Older magma at Aso caldera than at Unzen stratovolcano in south west Japan as recorded through helium isotopes (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Sano, T. Kagoshima, M. Zhang, N. Takahata, T. Onoue, T. Shibata, Y. Nishio, A.-T. Chen, H. Lee, T.P. Fischer, D. Zhao
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 4 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00649-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monitoring the magmatic activity and volatile fluxes of an actively degassing submarine caldera in southern Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Ma. Teresa Escobar、Takahata Naoto、Shirai Kotaro、Kagoshima Takanori、Tanaka Kentaro、Obata Hajime、Sano Yuji
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 317 ページ: 106-117
  • DOI: 10.1016/j.gca.2021.10.023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Degassing of deep-sourced CO2 from Xianshuihe-Anninghe fault zones in the eastern Tibetan Plateau (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu Sheng、Guan Lufeng、Zhang Maoliang、Zhong Jun、Liu Wei、Xie Xian’gang、Liu Congqiang、Takahata Naoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Science China Earth Sciences 巻: 65 号: 1 ページ: 139-155
  • DOI: 10.1007/s11430-021-9810-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of normal tide and the Great Tsunami as recorded through hourly-resolution micro-analysis of a mussel shell (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuji Sano, Tomoyo Okumura, Naoko Murakami-Sugihara, Kentaro Tanaka, Takanori Kagoshima, Akizumi Ishida, Masako Hori, Glen Snyder, Naoto Takahata, Kotaro Shirai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 19874-19874
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99361-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Buchan type metamorphism in the Pingtan-Dongshan metamorphic belt, SE China: Evidence from combined EMP monazite and U-Pb zircon ages of mica schists (2021)
  • 著者名/発表者名: Lin Jian-Wei、Lee Chi-Yu、Chen Cheng-Hong、Kato Takenori、Sano Yuji、Naoto Takahata
  • 雑誌名: Journal of Asian Earth Sciences 巻: 218 ページ: 104891-104891
  • DOI: 10.1016/j.jseaes.2021.104891
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of the deep Indonesian throughflow using helium isotopes (2021)
  • 著者名/発表者名: Escobar Ma. Teresa、Takahata Naoto、Obata Hajime、Sano Yuji
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 77 号: 1 ページ: 93-101
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00560-8
  • NAID: 40022471987
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mantle-derived helium released through the Japan trench bend-faults (2021)
  • 著者名/発表者名: Park Jin-Oh、Takahata Naoto、Jamali Hondori Ehsan、Yamaguchi Asuka、Kagoshima Takanori、Tsuru Tetsuro、Fujie Gou、Sun Yue、Ashi Juichiro、Yamano Makoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 12026-12026
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91523-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Helium Isotopic Signature of a Plate Boundary Suture in an Active Arc - Continent Collision (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Ai-Ti、Sano Yuji、Byrne Timothy B.、Takahata Naoto、Yang Tsanyao Frank、Wang Yunshuen、Shen Chuan-Chou
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 4 号: 8 ページ: 1237-1246
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.0c00038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ U-Pb dating of monazite, xenotime, and zircon from the Lantian black shales: Time constraints on provenances, deposition and fluid flow events (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Yung-Hsin、Lee Der-Chuen、You Chen-Feng、Takahata Naoto、Iizuka Yoshiyuki、Sano Yuji、Zhou Chuanming
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 349 ページ: 105528-105528
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2019.105528
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] NanoSIMS U-Pb dating of fossil-associated apatite crystals from Ediacaran (~570 Ma) Doushantuo Formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Chung Chuan-Hsing、You Chen-Feng、Schopf James William、Takahata Naoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 349 ページ: 105564-105564
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2019.105564
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magmatic fluids play a role in the development of active gas chimneys and massive gas hydrates in the Japan Sea. (2020)
  • 著者名/発表者名: Snyder, G. T. , Sano, Y., Takahata, N., Matsumoto, R., Kakizaki, Y. and Tomaru, H.,
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 535 ページ: 119462-119462
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119462
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nitrogen and noble gas isotopic compositions of mantle xenoliths from Far Eastern Russia: Implications for nitrogen isotopic characteristics of mantle wedge fluid (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto J.、Takahata N.、Sano Y.、Yanagita M.、Arai S.、Prikhod'ko V.S.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 534 ページ: 116109-116109
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence in the Japan Sea of microdolomite mineralization within gas hydrate microbiomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Snyder, G.T., Matsumoto, R., Suzuki, Y., Kouduka, M., Kakizaki, Y., Zhang, N., Tomaru,H., Sano, Y.,, Takahata, N., Tanaka, K., Bowden, S.A., Imajo, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58723-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High nitrogen solubility in stishovite (SiO2) under lower mantle conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuyama Ko、Kagi Hiroyuki、Inoue Toru、Kakizawa Sho、Shinmei Toru、Hishita Shunichi、Takahata Naoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 10897-10897
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67621-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Displaced cratonic mantle concentrates deep carbon during continental rifting (2020)
  • 著者名/発表者名: Muirhead James D.、Fischer Tobias P.、Oliva Sarah J.、Laizer Amani、van Wijk Jolante、Currie Claire A.、Lee Hyunwoo、Judd Emily J.、Kazimoto Emmanuel、Sano Yuji、Takahata Naoto、Tiberi Christel、Foley Stephen F.、Dufek Josef、Reiss Miriam C.、Ebinger Cynthia J.
  • 雑誌名: Nature 巻: 582 号: 7810 ページ: 67-72
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2328-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mantle-Derived Helium Emission near the Pohang EGS Site, South Korea: Implications for Active Fault Distribution (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Heejun、Lee Hyunwoo、Lee Jaemin、Lee Hyun A.、Woo Nam Chil、Lee Youn-Soo、Kagoshima Takanori、Takahata Naoto、Sano Yuji
  • 雑誌名: Geofluids 巻: 2020 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1155/2020/2359740
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Annual shell growth patterns of three venerid bivalve mollusk species in the subtropical northwestern Pacific as revealed by sclerochronological and stable oxygen isotope analyses. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanabe, K., Miyaji, T., Murakami-Sugihara, N., Shirai, K., Moriya, K.
  • 雑誌名: Marine Biology 巻: 167 号: 2 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1007/s00227-019-3637-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural-morphological and sedimentary features of forearc slope off Miyagi, NE Japan: implications for development of forearc basins and plumbing systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Chang, Jih-Hsin, Park, Jin-Oh, Chen, Tzu-Ting, Yamaguchi, Asuka, Tsuru, Tetsuro, Sano, Yuji, Hsu, Ho-Han, Shirai, Kotaro, Kagoshima, Takanori, Tanaka, Kentaro, Tamura, Chiori
  • 雑誌名: Geo-Marine Letters 巻: - 号: 3 ページ: 309-324
  • DOI: 10.1007/s00367-020-00636-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Secular variations of helium and nitrogen isotopes related to the 2015 volcanic unrest of Mt. Hakone, central Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Kagoshima, T., Sano, Y., Takahata, N., Lee, H., Lan, T. and Ohba, T.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 20 号: 11 ページ: 4710-4722
  • DOI: 10.1029/2019gc008544
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mantle degassing along strike-slip faults in the Southeastern Korean Peninsula (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee H., Kim H., Kagoshima T., Park J., Takahata N. and Sano Y.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 15334-15334
  • DOI: 10.1038/s41598-019-51719-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mantle fluids associated with crustal-scale faulting in a continental subduction setting, Taiwan (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen A., Shen C., Byrne T.B., Sano Y., Takahata N., Yang T.F. and Wang Y.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 10805-10805
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47070-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mussel Shell Geochemical Analyses Reflect Coastal Environmental Changes Following the 2011 Tohoku Tsunami (2019)
  • 著者名/発表者名: Murakami-Sugihara Naoko、Shirai Kotaro、Hori Masako、Amano Yosuke、Fukuda Hideki、Obata Hajime、Tanaka Kiyoshi、Mizukawa Kaoruko、Sano Yuji、Takada Hideshige、Ogawa Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 3 号: 7 ページ: 1346-1352
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00040
  • 査読あり
• [学会発表] Deeply-sourced volatile emissions in the continental collision setting of the Tibetan Plateau and adjacent region. (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Zhang, S. Xu, Y. Sano, N. Takahata, Z. Guo, P.H. Barry, A. Caracausi
  • 学会等名: JpGU meeting 2022
• [学会発表] Noble-gas geochemistry in the pore fluids of unconsolidated sediments: potential and challenges (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Tomonaga, M.S. Brennwald, E. Engelhardt, S.B. Wirth, J.-O. Park, J. Ashi, N. Takahata, Y. Sano, R. Kipfer
  • 学会等名: JpGU meeting 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Variations of 3He/4He ratios in pore water and fluid circulations at the outer slope of the Japan Trench (2022)
  • 著者名/発表者名: Kagoshima, T., Park, J.O., Yamano, M. and Sano, Y.
  • 学会等名: JpGU meeting 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Helium isotopic signature in the Ilan Plain, NE Taiwan: geochemical evidences of a magmatic source (2021)
  • 著者名/発表者名: A.-T. Chen, Y. Sano, C.-H. Chen, N. Takahata, C.-H. Lo, T.F. Yang, T.-K. Liu, Y. Wang
  • 学会等名: Gldschmidt Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Groundwater anomaly related to CCS-CO injection and the 2018 Hokkaido Eastern Iburi earthquake in Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Sano, T. Kagoshima, N. Takahata, K. Shirai, J.-O. Park, G.T. Snyder, T. Shibata, J. Yamamoto, Y. Nishio, A.-T. Chen, S. Xu, D. Zhao and D.L. Pinti
  • 学会等名: Gldschmidt Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] High 3He/4He ratios in pore fluids at the outer slope of the Japan Trench (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Kagoshima, J.-O. Park, M. Yamano, Y. Sano
  • 学会等名: Gldschmidt Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] カナダ・ラブラドール地方の堆積岩の年代測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 須藤克誉, 鹿児島渉悟, 高畑直人, 佐野有司, 澤木佑介, 小宮剛, David Bekaert, Michael Broadley, Bernard Marty
  • 学会等名: JpGU 2020
• [学会発表] Helium isotope variation around a caldera-type volcano (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano, Y., Kagoshima, T., Takahata, N., Onoue, T., Shibata, T., Lee, H. and Fischer, T.P.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] High resolution analysis of bivalve shell by NanoSIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano, Y., Shirai, K., Takahata, N. and Ishida, A.
  • 学会等名: The 29th Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Helium isotopic signature of the plate boundary suture in an active arc-continent collision setting, eastern Taiwan (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen, A., Shen, C.-C., Byrne, T.B., Sano, Y., Takahata, N., Yang, T.F. and Wang, Y.
  • 学会等名: The 29th Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal variations of He and N isotopes related to the 2015 hydrovolcanic eruption at Hakone volcano, central Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Kagoshima, T., Sano, Y., Takahata, N., Lee, H., Lan, T. and Ohba, T.
  • 学会等名: DINGUE VI 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 沖縄県南大東島の石筍の高解像度微量元素分析によるイベント記録解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三木翼, 高畑直人, 杉原奈央子, 白井厚太朗, 植村立, Chuan-Chou Shen, 佐野有司
  • 学会等名: 2019年度 日本地球化学会第66回年会