南大洋の古海洋変動ダイナミクス

2020 年度 実績報告書

• 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: 17H06318
• 研究機関: 高知大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648) ; 板木 拓也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (30509724) ; 佐藤 暢 専修大学, 経営学部, 教授 (50365847) ; 井尻 暁 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (70374212)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 南大洋 / 気候変動 / プロキシ / 酸素同位体 / 珪藻 / ＡＩ / スーパー間氷期 / 古水温変動

研究実績の概要

マイクロ・マニピュレーターとAI深層学習プログラムから成る自動分取システムを確立し、微化石画像の学習によるAIモデルの構築を進めた結果、放散虫群集組成の自動解析や微化石の高速自動摘出が可能となり（Itaki et al., 2020a）、南大洋の海底コアへの応用研究に発展し、過去9万年間の放散虫群集データを迅速に抽出することに成功した（Itaki et al., 2020b）。
前年度までにほぼ確立した珪藻殻の酸素同位体分析のための試料前処理法、および、海底コアCOR-1bPCに応用して過去4万年間の珪藻殻酸素同位体比の変化を復元した成果を公表した（Ijiri et al., 2021）。また、南大洋のプランクトン試料を用いて現生珪藻殻の酸素同位体比を分析することに成功し、珪藻殻酸素同位体比が温度依存性をもつことが明らかとなったが、珪藻の殻形態によって関係式の傾きが異なることが判明した（投稿準備中）。
海底コアCOR-1GCの珪藻群集解析に基づき1.4万年前以降の表層水温の変動を復元した（Orme et al., 2020）。南大洋ケルゲレン海台付近の複数の海底コアを用いて、珪藻および放散虫群集データから過去4万年間の表層水温および亜表層水温の復元を試みた。最終氷期の水温は完新世初期に比べて5-6℃低下していたが、2.4万年から4万年前においては表層水温が有意に高い傾向が明らかとなった。これは氷期にアガラスリターン海流の影響が強くなった結果であると推測される（Civel-Mazens et al., 2020）。また、過去2000年間の海氷分布と表面海水温の変動を詳細に復元した結果、南極海の海氷分布が熱帯域のエルニーニョ/南方振動（ENSO）や南半球における十年規模変動である南半球環状モード（SAM）と連動して変化していることが明らかとなった（Crosta et al., 2021）。

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

南大洋における実用的な古海洋プロキシの開発と高精度化のために必須であった珪藻殻酸素同位体分析法と、堆積物粒子（特に微化石）の自動選別・分離システムが実用段階に入り、それらの複数の国際誌論文としてコミュニティに公表された。また、それぞれのメソッドは海底コアへ応用するステージに進展して、データ生産性の向上に大きく貢献している。
2019年度末に実施された白鳳丸航海において採取した計12本の海底コアとセジメントトラップ沈降粒子の初期解析とサンプリングが進み、共同研究者による解析が行われている。2019年度後半に故障した質量分析計が復旧したため、海底コアDCR-2PCの浮遊性有孔虫と底生有孔虫の抽出と、それらの炭素・酸素同位体比の測定を継続し、コアの年代モデルの基礎データを蓄積した。

今後の研究の推進方策

本プロジェクトの遂行の土台となる試料処理・分析システムはほぼ構築され、既存試料と新たに確保した各種の試料群を活用し、古海洋プロキシの高精度化と海底コアへの応用研究をさらに進展させる。特に、各海域の海底コア解析から復元される最終氷期やスーパー間氷期の古水温や古海洋データを広域的にコンパイルし、南大洋インド洋区から大西洋区における表層水温分布や極前線の位置の変化などを俯瞰的にとりまとめる。

研究成果

• [国際共同研究] ボルドー大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ボルドー大学
• [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ボン大学
• [国際共同研究] ベルン大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: ベルン大学
• [雑誌論文] Impact of the Agulhas Return Current on the oceanography of the Kerguelen Plateau region, Southern Ocean, over the last 40 kyrs (2021)
  • 著者名/発表者名: Civel-Mazens M.、Crosta X.、Cortese G.、Michel E.、Mazaud A.、Ther O.、Ikehara M.、Itaki T.
  • 雑誌名: Quaternary Science Reviews 巻: 251 ページ: 106711～106711
  • DOI: 10.1016/j.quascirev.2020.106711
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multi-decadal trends in Antarctic sea-ice extent driven by ENSO?SAM over the last 2,000 years (2021)
  • 著者名/発表者名: Crosta Xavier、Etourneau Johan、Orme Lisa C.、Dalaiden Quentin、Campagne Philippine、Swingedouw Didier、Goosse Hugues、Mass? Guillaume、Miettinen Arto、McKay Robert M.、Dunbar Robert B.、Escutia Carlota、Ikehara Minoru
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 14 ページ: 156～160
  • DOI: 10.1038/s41561-021-00697-1
  • 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 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, BT, Tauxe, L, Brachfeld, S, et al.
  • 雑誌名: Paleoceanography and Paleoclimatology 巻: 36 ページ: -
  • 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 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, LF, Martos, YM, Garcia, M, et al.
  • 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] Automated collection of single species of microfossils using a deep learning?micromanipulator system (2020)
  • 著者名/発表者名: Itaki Takuya、Taira Yosuke、Kuwamori Naoki、Maebayashi Toshinori、Takeshima Satoshi、Toya Kenji
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00332-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sea surface temperature in the Indian sector of the Southern Ocean over the Late Glacial and Holocene (2020)
  • 著者名/発表者名: Orme Lisa Claire、Crosta Xavier、Miettinen Arto、Divine Dmitry V.、Husum Katrine、Isaksson Elisabeth、Wacker Lukas、Mohan Rahul、Ther Olivier、Ikehara Minoru
  • 雑誌名: Climate of the Past 巻: 16 ページ: 1451～1467
  • DOI: 10.5194/cp-16-1451-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Innovative microfossil (radiolarian) analysis using a system for automated image collection and AI-based classification of species (2020)
  • 著者名/発表者名: Itaki Takuya、Taira Yosuke、Kuwamori Naoki、Saito Hitoshi、Ikehara Minoru、Hoshino Tatsuhiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-020-77812-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [雑誌論文] 東南極における海域-陸域シームレス堆積物掘削研究の展望 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菅沼悠介，石輪健樹，川又基人，奥野淳一，香月興太，板木拓也，関宰，金田平太郎，松井浩紀，羽田裕貴，藤井昌和，平野大輔
  • 雑誌名: 地学雑誌 巻: 129 ページ: 591～610
  • DOI: 10.5026/jgeography.129.591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 南大洋インド洋区コンラッドライズの深海サンゴの産状について― 白鳳丸KH-20-1次航海速報 ― (2020)
  • 著者名/発表者名: 小坂由紀子・徳田悠希・池原 実・佐藤 暢
  • 雑誌名: 名古屋大学年代測定研究 巻: 4 ページ: 48-52
• [学会発表] Geological evidences for Cape Darnley Bottom Water in the Wild Canyon, Antarctica: Preliminary results of R/V Hakuho-maru KH-20-1 cruise (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikehara, M., Sato, H., Fujii, M., Takehara, K.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Boulder, cobble, pebble, and granule of continental crust rocksfrom the Wild Canyon, off Cape Darnley, East Antarctica: Preliminary results of dredged samples during KH-20-1 cruise, R/V Hakuho-maru (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato, H., Fujii, M., Ikehara, M., Takehara, K.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Geophysical and geological signatures of submarine canyons off Cape Darnley, Antarctica (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii, M., Ikehara, M., Sato, H., Takehara, K., Itaki, T., Nogi, Y., Nakamura, Y.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Cross-check of dust-magnetic correlation and oxygen isotope stratigraphy in the Southern Ocean (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H., Ikehara, M., Suganuma, Y., Seki, O., Okuno, J., Oyabu, I., Kawamura, K.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Structure across the South Shetland Trench from the incoming plate to the back-arc basin (2020)
  • 著者名/発表者名: Koge, H., Fujii, M., Zhou, J., Okino, K., Ikehara, M., Yamaguchi, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Antarctic ice sheet dynamics during the Last Interglacial (2020)
  • 著者名/発表者名: Iizuka, M., Seki, O., Horikawa, K., Flierdt, T.v.d., Irino, T., Yamamoto, M., Itaki, T., Sugisaki, S., Ikehara, M., Suganuma, Y.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Virtual)
  • 国際学会
• [学会発表] Submarine canyons off Cape Darnley, East Antarctica (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii M, Ikehara M, Sato H, Takehara K, Nogi Y
  • 学会等名: SCAR 2020 Online
  • 国際学会
• [学会発表] 南大洋インド洋区における過去の鉄肥沃化を探る (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井浩紀，Isabelle Billy，Olivier Ther，Xavier Crosta，池原実
  • 学会等名: 第6回地球環境史学会年会（オンライン）
• [学会発表] High-resolution sub-ST and Polar Front latitudinal migration assessment based on radiolarian and diatoms assemblages in the Kerguelen plateau region, Southern Ocean, over the last 360 kyrs (2020)
  • 著者名/発表者名: Civel-Mazens M., Crosta X., Cortese G., Michel E., Mazaud A., Ther, O., Ikehara M., Itaki T.
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of sediments cored from the South Shetland Trench (2020)
  • 著者名/発表者名: Asuka Yamaguchi, Ippei Yamamoto, Yuichi Okuma, Kodai Kato, Yuji Kato, Kaoru Kubota, Kenichiro Tani, Hiroaki Koge, Jinyu Zhou, Hanaya Okuda, Takashi Hakomori, Minoru Ikehara
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] The formation process of calsitic skeleton of deep-sea isidid octocorals inferred from crystal orientation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Kozaka, Katsuyoshi Michibayashi, Takenori Kato, Yui Kouketsu, Yuki Tokuda, Hiroshi Sato, Minoru Ikehara
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Deep-sea macrobenthos biodiversity survey at the Southern Ocean in KH-19-6 Leg 4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoto Jimi, Akito Ogawa, Shinpei Hiruta, Chong Chen, Itaru Kobayashi, Hironori Komatsu, Masanori Okanishi, Gregorius Altius Puratama, Satoshi Imura, Hidetaka Nomaki, Kenichiro Tani, Minoru Ikehara
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Floating microplastics in the Eastern South Pacific and the Southern Ocean (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryota Nakajima, Hidetaka Nomaki, Maki Aita Noguchi, Takuya Ohnishi, Hayao Yokochi, Kazutaka Takahashi, Minoru Ikehara, Atsushi Tsuda
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] 「白鳳丸」世界一周航海（HEAW30）南大洋大西洋区における分野横断観測研究：白鳳丸KH-19-6 Leg4速報 (2020)
  • 著者名/発表者名: 池原実、山口飛鳥、大西拓也・谷健一郎、野牧秀隆、高下裕章、KH-19-6 Leg4乗船研究者一同
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム（Zoom）
  • 招待講演
• [学会発表] 中央海嶺プロセスの短期変動の観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井昌和、野木義史、沖野_子、田村千織、山崎俊嗣、津田敦、佐藤暢、高下裕章、喜岡新、池原実、大島慶一郎、勝又勝郎
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム（Zoom）