南極氷床コア中の硫酸・硝酸同位体組成から復元する過去のエアロゾルの起源と生成過程

• 研究領域: 熱ー水ー物質の巨大リザーバ：全球環境変動を駆動する南大洋・南極氷床
• 研究課題/領域番号: 20H04969
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 服部 祥平 東京工業大学, 物質理工学院, 研究員 (70700152)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 三酸素同位体組成 / 硫酸 / 硝酸 / アイスコア / 南極 / 氷期 / GEOS-Chem / 大気化学輸送モデル / エアロゾル

研究開始時の研究の概要

南極の氷床コアには、過去数十万年分の気温変動や温室効果ガス濃度の増減の他、放射収支に負の影響を及ぼす大気中微粒子（エアロゾル）が保存されている。本研究では、南極大気エアロゾルの主要無機成分である硫酸や硝酸の酸素(O)、窒素(N)、硫黄(S)の安定同位体組成指標を、南極アイスコアに適用する。特に人為的な環境変化、氷期-間氷期変動、大規模火山噴火などの特徴的な環境変動に着目し、(i) 起源、(ii) エアロゾル生成に関わった大気酸化力がどのように変化し、エアロゾル動態や大気酸化環境が過去の地球環境変動にどのようなフィードバック機構を有していたかを考察する。

研究実績の概要

本研究は、硝酸・硫酸の多種同位体分析を南極のアイスコア試料に適用し、環境変動の新しい解析や新指標の確立を目的としている。また、前回公募研究で構築した同位体情報を組み込んだ大気化学輸送モデルGEOS-Chemを用いた定量的な解析も目的としている。
本年度は南極のNDFアイスコア中の安定同位体分析に注力した。過去2000年分の浅層アイスコア試料、コアの表面切削によるコンタミ除去、溶存イオンの精製・分離、および硫酸の三酸素同位体組成および硫黄同位体組成の分析を実施した。この結果、硫酸の三酸素同位体組成は過去2000年間にかけて3-5‰の範囲で有意な増減を示し、西南極のアイスコアを分析した先行研究データ（2-4‰）とは異なる傾向が観測された。この結果は、前年度にIshino, Hattori et al. (2021 JGR-A)において報告した大気及び雪中におけるメタンスルホン酸（MSA）による硫酸の三酸素同位体組成の上昇が要因であると考えられる。また、マルチコレクター型誘導結合プラズマ質量分析法（MC-ICP-MS、東京大学 大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻共用機器を利用）を用いたδ34S値の分析により、これまでの研究と比較して解像度の高い同位体記録を復元することができた。
また、フランスとの共同研究として進めていた涵養量と硝酸窒素同位体組成の関連においては、東南極広域でのデータ比較を行い、その結果をプレプリントサーバーに公開し、査読を受けている。この他、昨年度報告したIshino, Hattori et al. (2021 JGR-A)を国際学会において紹介したところ、研究協力者の石野咲子さんが若手研究者ポスター賞を受賞した。また、ICYSやCATCHなどの国際的な雪氷学・アイスコアコミュニティーでの招聘を受け、招待講演を2件行った。

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

• [国際共同研究] グルノーブルアルプス大学(フランス)
• [国際共同研究] ワシントン大学(米国)
• [国際共同研究] ワシントン大学(米国)
• [国際共同研究] Universite Grenoble Alpes, IGE, CNRS/リヨン大学(フランス)
• [雑誌論文] Sunlight-driven nitrate loss records Antarctic surface mass balance (2022)
  • 著者名/発表者名: Pete D. Akers, Joel Savarino, Nicolas Caillon, Aymeric P. M., Servettaz, Emmanuel Le Meur, Olivier Magand, Jean Martins, Cécile Agosta, Peter Crockford, Kanon Kobayashi, Shohei Hattori, Mark Curran, Tas van Ommen, Lenneke Jong, Jason L. Roberts
  • 雑誌名: Research Square 巻: none
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-1307003/v1
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regional Characteristics of Atmospheric Sulfate Formation in East Antarctica Imprinted on 17O‐Excess Signature (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishino S.、Hattori S.、Legrand M.、Chen Q.、Alexander B.、Shao J.、Huang J.、Jaegle L.、Jourdain B.、Preunkert S.、Yamada A.、Yoshida N.、Savarino J.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 号: 6
  • DOI: 10.1029/2020jd033583
  • NAID: 130007977177
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Atmospheric sulfate formation pathways elucidated by 17O-excess signature (Δ17O): theory and cryospheric applications (2022)
  • 著者名/発表者名: Shohei Hattori and Sakiko Ishino
  • 学会等名: Cryosphere and ATmospheric CHemistry (CATCH) Seminar Series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxidation of methanesulfonate into sulfate at inland Antarctica evidenced by 17O-excess signature (2021)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Legrand Michel, Chen Qianjie, Alexander Becky, Shao Jingyuan, Huang Jiayue, Jaegle Lyatt, Jourdain Bruno, Preunkert Susanne, 山田明憲, 吉田尚弘, Savarino Joel
  • 学会等名: The International Governmental Atmospheric Chemistry project (IGAC) Science Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Regional characteristics of atmospheric sulfate formation in East Antarctica imprinted on 17O-excess signature (2021)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Legrand Michel, Chen Qianjie, Alexander Becky, Shao Jingyuan, Huang Jiayue, Jaegle Lyatt, Jourdain Bruno, Preunkert Susanne, 山田明憲, 吉田尚弘, Savarino Joel
  • 学会等名: EGU General assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 三酸素同位体組成(Δ17O)から示唆された東南極における特徴的な大気硫酸生成反応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Legrand Michel, Chen Qianjie, Alexander Becky, Shao Jingyuan, Huang Jiayue, Jaegle Lyatt, Jourdain Bruno, Preunkert Susanne, 山田明憲, 吉田尚弘, Savarino Joel
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] 東南極における大気硫酸の硫黄安定同位体組成の均一性と氷期-間氷期の硫黄起源のシフトに対する示唆 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Savarino Joel, Legrand Michel, Albalat Emmanuelle, Albarede Francis, Preunkert Susanne, Jourdain Bruno, 吉田尚弘
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] 三酸素同位体組成(Δ17O)から示唆された東南極における特徴的な大気硫酸生成反応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Legrand Michel, Chen Qianjie, Alexander Becky, Shao Jingyuan, Huang Jiayue, Jaegle Lyatt, Jourdain Bruno, Preunkert Susanne, 山田明憲, 吉田尚弘, Savarino Joel
  • 学会等名: 日本地球化学会第67年年会
• [学会発表] 東南極における大気硫酸の硫黄安定同位体組成の均一性と氷期-間氷期の硫黄起源のシフトに対する示唆 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石野咲子, 服部祥平, Savarino Joel, Legrand Michel, Albalat Emmanuelle, Albarede Francis, Preunkert Susanne, Jourdain Bruno, 吉田尚弘
  • 学会等名: 日本地球化学会第67年年会