観測・歴史時代の宇宙線・大気環境を探るアイスコアの超高解像度ベリリウム10分析

• 研究課題/領域番号: 22K19839
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 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: 弘前大学
• 研究代表者: 堀内 一穂 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00344614)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 宇宙線生成核種 / ベリリウム10 / 太陽活動 / 宇宙線イベント / アイスコア / 季節変動 / 成層圏対流圏物質交換 / グリーンランドアイスコア

研究開始時の研究の概要

本研究では、グリーランドSE-Dome IIアイスコアを対象に格段の高解像度でベリリウム10分析を行うことで、過去100年間の宇宙線・大気環境を連続的に探る。研究代表者は、ベリリウム10を用いて、過去の宇宙線変動を解明してきた。その過程で、ベリリウム10に記録されている生成（宇宙線）と輸送（主に成層圏対流圏交換に関わる大気環境）の情報を精確に分離する重要性と可能性を見出した。本研究では、観測時代を対象に超高解像度のベリリウム10データを得ることで解釈の基盤を構築し、それを非観測時代へと斉一的に応用する。

研究実績の概要

本年度は、グリーンランドSE-Dome IIアイスコアより、1960年から1999年の試料を切り分けた。切り分けは、コアの保管状況と年代モデルを丁寧に確認しながら、約1ヶ月の解像度が実現できるようになされた。切り分け後の試料は、弘前大学の実験室にて前処理が施され、東京大学総合研究博物館の5MVタンデム加速器を用いた宇宙線生成核種ベリリウム10の加速器質量分析に、順次供されている。
昨年度までに得られた、2000年から2020年の超高解像度ベリリウム10記録に関して、本年度は解析と研究が進んだ。この期間のベリリウム10濃度は、5月から7月を濃度増大のピークとした明瞭な季節変動を繰り返した。また濃度の三年移動平均値は、太陽活動の11年周期（シュワーベ周期）に支配された宇宙線強度変動の観測値と高い正の相関を示した。さらに、日本の大気ベリリウム10濃度の連続観測データと比較すると、宇宙強度線変動の観測値との食い違いが大きい年は両者で一致しており、これと成層圏のイベントとの相関性も認められた。こうした成果は、グリーンランドアイスコアの研究集会をはじめとして、国内外の学会やシンポジウムにて発表された。また、全ての解釈の基本となるSE-Dome IIアイスコアの詳細年代モデルを、国際誌にて公表した。
以上の成果に加えて、昨年度から本年度かけて、1940年代と1950年代のベリリウム10分析が完了した。このことにより、この時代に頻発した太陽面爆発起源の宇宙線イベント（巨大GLE）との関係を考察できるようになった。さらに、試料前処理時に保管された塩素分画より、核時代以前（1940年代）の塩素36を測定する準備が整えられた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究は概ね順調に進行しているが、本年度に分析を予定していた区間のベリリウム10分析が、加速器質量分析計の不調とマシンタイムの逼迫により完了できなかった。その結果、ベリリウム10変動の考察にも遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

計画の遂行に大きな問題は生じていないことから、当初の計画通り課題を推進する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] SE‐Dome II Ice Core Dating With Half‐Year Precision: Increasing Melting Events From 1799 to 2020 in Southeastern Greenland (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kawakami, Yoshinori Iizuka, Mahiro Sasage, Mai Matsumoto, Takeshi Saito, Akira Hori, Sakiko Ishino, Shuji Fujita, Koji Fujita, Keita Takasugi, Takumi Hatakeyama, Saaya Hamamoto, Akihisa Watari, Nao Esashi, Miu Otsuka, Ryu Uemura, Kazuho Horiuchi et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 128 号: 20
  • DOI: 10.1029/2023jd038874
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A quasi-monthly 10Be record of the early 21st century obtained from the Greenland SE-Dome II ice core (2023)
  • 著者名/発表者名: Riko Yagihashi, Kazuho Horiuchi, Kohsei Yoshioka, Yoshinori Iizuka, Sumito Matoba, Kaoru Kawakami, Sakiko Ishino, Mahiro Sasage, Mai Matsumoto, Saaya Hamamoto, Ryu Uemura, Takeyasu Yamagata, and Hiroyuki Matsuzaki
  • 学会等名: The 9th East Asia Accelerator Mass Spectromentry Symposium (EAAMS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] グリーンランド南東ドーム第二期アイスコアから得られた2000年以降の約１ヶ月分解能10Be記録 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八木橋理子・堀内一穂・吉岡恒星・ 飯塚芳徳・的場澄人・川上薫・石野咲子・捧茉優・松本真依・浜本佐彩・植村立・山形武靖・松崎浩之
  • 学会等名: グリーンランド南東ドームアイスコアに関する研究集会
• [学会発表] グリーンランド南東部SE-Dome II アイスコアを用いた過去220年間の涵養量と融解履歴の復元 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川上薫・飯塚芳徳・捧美優・松本真衣・斎藤健・堀彰・石野咲子・藤田秀二・藤田耕史・高杉啓太・畠山匠・浜本佐彩・渡利晃久・江刺和音・大塚美侑・植村立・堀内一穂・箕輪昌紘・服部祥平・青木輝夫・平林幹啓・川村賢二・的場澄人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • 招待講演
• [学会発表] A quasi-monthly 10Be record from 2000-2020 CE obtained from the Greenland SE-Dome ice core II (2023)
  • 著者名/発表者名: Riko Yagihashi, Kazuho Horiuchi, Kohsei Yoshioka, Iizuka Yoshinori, Sumito Matoba, Kaoru Kawakami, Sakiko Ishino, Mahiro Sasage, Mai Matsumoto, Takeyasu Yamagata, and Hiroyuki Matsuzaki
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] グリーンランド南東ドームアイスコア2本の超高解像度10Beデータ比較：前処理操作の向上と変動の再現性について (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀内一穂・八木橋理子・吉岡恒星・坂下伶菜・飯塚芳徳・的場澄人・山形武靖・松崎浩之
  • 学会等名: SE-Domeアイスコア研究集会
• [学会発表] 東南極沿岸域H15アイスコアに刻まれた1930年以降の10Be変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 八木橋理子・堀内一穂・本山秀明・山形武靖・松崎浩之
  • 学会等名: 第23回AMSシンポジウム
• [学会発表] Dating of the ice core from south-east dome, Greenland (2022)
  • 著者名/発表者名: Mahiro Sasage, Yoshinori Iizuka, Sakiko Ishino, Shuji Fujita, Kaoru Kawakami, Akira Hori, Takeshi Saito, Mai Matsumoto, Keita Takasugi, Sumito Matoba, Shohei Hattori, Ryu Uemura, Kazuho Horiuchi
  • 学会等名: The 3rd IPICS Open Science Conference
  • 国際学会
• [備考] 堀内研のWeb Page
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~kh/