+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解のふるまいと特性の解明

• 研究課題/領域番号: 20H00626
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分63:環境解析評価およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648)
• 研究分担者: 山本 正伸 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60332475) ; 菅沼 悠介 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (70431898) ; 池原 実 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90335919)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円); 2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2022年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2021年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2020年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
• キーワード: 南極氷床 / 鮮新世 / 中新世

研究開始時の研究の概要

南極氷床が温暖化に対して敏感であることが明らかになり、温暖化の進行による海面上昇に対する危機感が高まっている。最新のIPCC特別報告書では将来の海面上昇予測が大幅に上方修正され、最も温暖化が進行するシナリオによれば300年後に海面が数メートル上昇するという。現在「温暖化が進行した場合にどの段階でどのような速度で南極氷床融解が進行しうるか？」が海面上昇予測における核心的な問いになっている。本研究では、現在より全球平均気温が+1℃から+5℃温暖であった時代における南極氷床の融解過程を100年スケールの解像度で復元し、+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解の特性を明らかにする。

研究実績の概要

近年の研究により、南極氷床がこれまで考えられていた以上に温暖化に対して敏感であることが明らかになり、今後の温暖化の進行による海面上昇に対する危機感が高まっている。そのため、「温暖化が進行した場合にどの段階でどのような速度で南極氷床融解が進行しうるのか？」が海面上昇予測における核心的な「問い」になっている。そこで本研究では、過去の温暖期を将来の温暖地球の類型と捉え、現在より全球平均気温が+1℃から+5℃（海面が+5から+40mまで上昇）温暖であった時代における南極氷床の融解過程を100年スケールの解像度で復元することで、+5℃まで温暖化が進行する過程における南極氷床融解のふるまいと特性を調べた。
過去の温暖期の南極の環境変動の復元には国際深海科学掘削計画（IODP）において西南極ロス海で昨年掘削された海底堆積物コアを用いた。＋３℃および＋５℃まで温暖な気候状態における南極氷床の応答はそれぞれ中期鮮新世温暖期（330-300万年前）および中期中新世気候最適期（1600万年前）の南極の氷床と気候の実態解明により、明らかにする。中期鮮新世温暖期および中期中新世気候最適期の南極古環境復元はそれぞれ堆積物コアU1524およびU1521を用いた。南極氷床の動態は氷床融解の代理指標として提案されている脂肪酸の水素同位体比と氷山の代理指標として利用されている漂流岩屑（IBRD）の分析から推定し、海水温度はGDGT古水温法にて復元した。どちらの時代においても南極氷床が千年スケールでダイナミックに変動していたことが示唆された。一方で、ロス海の海水温度はどちらの時代も現在よりも数℃程度高い値を示した。これらの結果は数℃の水温上昇で南極氷床の著しい縮小が引き起こされることを示唆する。

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

学術研究員と技術補助員を雇用し、サンプルの分析の効率化を図ったことで、鮮新世温暖期と中新世温暖期における高時間分解能の古気候データの生成にむけて予定していたデータを生成することができた。

今後の研究の推進方策

今後は引き続き堆積物試料の分析を継続し、鮮新世温暖期と中新世温暖期における水温ならびに氷床融解記録の時間解像度を倍増させる。200-400年の時間解像度の古気候記録の生成を目指す。最終的に得られた古気候記録を解析し、本研究の目的である＋５℃まで温暖化する過程における南極氷床の融解プロセスの実態を解明する。

研究成果

• [国際共同研究] Victoria University of Wellington/GNS Science(ニュージーランド)
• [国際共同研究] Imperial College London/University of London(英国)
• [国際共同研究] インペリアル・カレッジ・ロンドン/英国南極観測局(英国)
• [国際共同研究] ビクトリア大学ウェリントン(ニュージーランド)
• [国際共同研究] ビンガムトン大学(米国)
• [国際共同研究] ビクトリア大学ウェリントン(ニュージーランド)
• [国際共同研究] インペリアルカレッジロンドン/バーミンガム大学(英国)
• [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Radiolarian assemblages related to the ocean?ice interaction around the East Antarctic coast (2024)
  • 著者名/発表者名: Iizuka Mutsumi、Itaki Takuya、Seki Osamu、Makabe Ryosuke、Ojima Motoha、Aoki Shigeru
  • 雑誌名: Journal of Micropalaeontology 巻: 43 号: 1 ページ: 37-53
  • DOI: 10.5194/jm-43-37-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Towards a Cenozoic history of atmospheric CO2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Barbel Honisch, 他多数, Osamu Seki, 他多数（著者86名）
  • 雑誌名: Science 巻: 382 号: 6675 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1126/science.adi5177
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Amplified surface warming in the south-west Pacific during the mid-Pliocene (3.3-3.0 Ma) and future implications (2023)
  • 著者名/発表者名: 6.Georgia R. Grant, Jonny H. T. Williams, Sebastian Naeher, Osamu Seki, Erin L. McClymont, Molly O. Patterson, Alan M. Haywood, Erik Behrens, Masanobu Yamamoto, and Katelyn Johnson
  • 雑誌名: Climate of the Past 巻: 19 号: 7 ページ: 1359-1381
  • DOI: 10.5194/cp-19-1359-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple episodes of ice loss from the Wilkes Subglacial Basin during the Last Interglacial (2023)
  • 著者名/発表者名: 7.Iizuka M, Seki O, Wilson D J, Suganuma Y, Horikawa K, van de Flierd T, Ikehara M, Itaki T, Irino T, Yamamoto M, Hirabayashi M, Matsuzaki H, Sugisaki S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37325-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sensitivity of the West Antarctic Ice Sheet to +2°C (SWAIS 2C) (2022)
  • 著者名/発表者名: Patterson et al.
  • 雑誌名: Scientific Drilling 巻: 30 ページ: 101-112
  • DOI: 10.5194/sd-30-101-2022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A large West Antarctic Ice Sheet explains early Neogene sea-level amplitude (2021)
  • 著者名/発表者名: Marschalek J. W.、Zurli L.、Talarico F.、et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 600 号: 7889 ページ: 450-455
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04148-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Early and middle Miocene ice sheet dynamics in the Ross Sea: Results from integrated core-log-seismic interpretation (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez, LF, Santis, LD, McKay, RM, et al.
  • 雑誌名: GSA Bulletin 巻: 134 号: 1-2 ページ: 348-370
  • DOI: 10.1130/b35814.1
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Mid-Holocene Antarctic sea-ice increase driven by marine ice sheet retreat (2021)
  • 著者名/発表者名: Ashley, KE, McKay, R, Etourneau, J, Jimenez-Espejo,FJ, Condron, A, Albot,A, Crosta, X, Riesselman, C, Seki, O, Masse, G, Golledge,NR, Gasson, E, Lowry, DP, Barrand, NE, Johnson,K, Bertler, N, Escutia, C, Dunbar, R, Bendle, JA
  • 雑誌名: Climate of the Past 巻: 17 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.5194/cp-17-1-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 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
• [学会発表] Reconstruction of paleoceanographic changes in the Antarctic zone during the Pleistocene based on the newly developed GDGT-based water mass proxy (2023)
  • 著者名/発表者名: 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、ウェーバー マイク
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Ice Sheet Destabilisation in the Wilkes Subglacial Basin during the Last Interglacial (2023)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Iizuka, Osamu Seki, David J. Wilson, Yusuke Suganuma, Keiji Horikawa, Tina van de Flierdt, Minoru Ikehara, Takuya Itaki, Tomohisa Irino, Masanobu Yamamoto, Motohiro Hirabayashi, Hiroyuki Matsuzaki, Saiko Sugisaki
  • 学会等名: Instabilities and thresholds in Antarctica (INSTANT) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 最終間氷期における南極氷床と海洋の変動の関連解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 睦, 関 宰
  • 学会等名: 日本地球化学会第71回年会
• [学会発表] The Antarctic ice sheet and Southern Ocean dynamics during the Last Interglacial (2021)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 睦、関 宰、山本 正伸、板木 拓也、Weber Michael E.、Raymo Maureen E.、Peck Victoria L.、Williams Trevor、IODP Expedition 382 scientists
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] Reconstruction of ice sheet dynamics in Totten Glacier/Aurora Subglacial Basin, East Antarctica during the Last Interglacial (2021)
  • 著者名/発表者名: 関 宰、飯塚 睦、堀川 恵司、van De Flierdt Tina、池原 実、入野 智久、板木 拓也、杉崎 彩子
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] 鮮新世中期の温暖期におけるスコシア海の海面温度の復元 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、マイケル・E・ウ ィーバー、マウリーン・E・レイモ、ビクトリア・L・ペック、ウィリアムズ・トレバ ー、IODP Expedition 382 研究者
  • 学会等名: 第7回地球環境史学会年会
• [学会発表] GDGT古水温法を用いた過去の温暖期における南大洋の水温復元 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井 花菜、関 宰、山本 正伸、IODP Expedition 382 研究者
  • 学会等名: 第38回 有機地球化学会
• [学会発表] バイオマーカーを用いた最終間氷期における南大洋高緯度域の古環境復元 (2021)
  • 著者名/発表者名: 飯塚睦、関宰、山本正伸、IODP Expedition 382 scientists
  • 学会等名: 第38回 有機地球化学会
• [学会発表] Antarctic ice sheet dynamics during the Last Interglacial (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 睦、関 宰、堀川 恵司、Tina van de Flierdt、入野 智久、山本 正伸、板木 拓也、杉崎 彩子、池原 実、菅沼 悠介
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会