地球規模の気候変動が北東シベリア永久凍土地域の凍土圏・生物圏に与える影響の研究

1996 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 07041078
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 学術調査
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福田 正己 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (70002160)
• 研究分担者: FEDOROV A.N. ロシア科学アカデミー永久凍土研究所, 助教授 ; SIDORENKO V. ロシア科学アカデミーウラジオストック生物研究所, 助手 ; VINOKUROVA A ヤクーツク大学, 生物学科, 助手 ; ZIMOV A.S. ロシア科学アカデミー極東地理研究所, 助教授 ; GRIGORIEV M. ロシア科学アカデミー永久凍土研究所, 助教授 ; KUNISTKY V.V ロシア科学アカデミー永久凍土研究所, 教授 ; RUSAKOV V.G. ロシア科学アカデミー永久凍土研究所, 助教授 ; IVANOV B.B. ロシア科学アカデミーヤクーツク生物研究所, 教授 ; 石崎 武志 文化庁付属, 東京国立文化財研究所, 研究室長 (80212877) ; 露崎 史朗 北海道大学, 大学院・地球環境研究科, 助教授 (10222142) ; 安永 智秀 北海道教育大学, 教育学部, 助教授 (50261376) ; 高橋 邦秀 北海道大学, 農学部, 教授 (80281707) ; 佐藤 利幸 信州大学, 理学部, 教授 (00154071) ; 渡部 英昭 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (10167190) ; 戸田 正憲 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (40113592)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• キーワード: 永久凍土 / 東シベリア / 地球温暖化 / 地下氷 / エドマ層 / メタンガス / タイガ / ツンドラ

研究概要

1 東シベリア永久凍土の気候温暖化への応答-目的と方法-
シベリア永久凍土は、最近の気候変動、特に温暖化の傾向に対して、大規模融解が拡大している。永久凍土は単に受動的に応答するのみならず、永久凍土中に貯留されたメタンガスを融解により大気に放出する。その結果、大気中のメタンガス濃度を増加させ、更なる温暖化を引き起こす。こうした温暖化への能動的な応答が、将来の温暖化にどのように影響するか、その予測と評価を行うために現地調査を行った。現地調査では、凍土そのものの応答・特に過去に生産・貯留されたメタンガスの成因と放出機構、凍土中の地下氷「エドマ層」の分布など、凍土圏そのものの調査・研究と、凍土を覆う植生や動物生態からみた応答と総合的な研究を実施した。
2 シベリア永久凍土中の地下氷「エドマ層」の成因と形成時期
東シベリアは過去7万年前の最終氷期以降、厚い氷床に覆われることはなかった。そのため、東シベリアには1000mを超える厚さの永久凍土が形成されていた。その形成過程で、レナ河・ヤナ河・インジギルガ河・コリマ河といった、永久凍土地域を南北に貫く大河の下流と、北極海沿岸地域では、エドマと呼ばれる地下氷の集積があった。この地下氷には、部分的に高濃度のメタンガスが含まれ、それが大気へ放出されることで、将来の温暖化に寄与する。そこで、エドマ層の成因とその分布を掌握することは、シベリア永久凍土の能動的応答を理解する上で欠かせない。本研究計画では、エドマ層の分布や形成時期が、東シベリアの他の地域と異なるコリマ河の下流地域と河口付近を主な調査地域として選んだ。コリマ河支流のスタドヒンスカヤ河沿いに比高20mの段丘が発達している。Pluhinoでは13mの厚さのエドマ層が露出している。さらに支流のアニュイ河でも類似の段丘が発達している。エドマ層に含まれる有機物を用いて、^<14>C年代測定を行った。その結果、エドマ層の下部は約4万年前から堆積が始まり、中位で2.5万年前であった。最上位の年代は決定されなかったが、エドマ層を覆う泥炭から、少なくとも後氷期(1.3万年前)には、エドマ層の堆積は終了したと判断される。コリマ河の本流沿いの高位段丘が発達するが、そこの年代は最上位で33,000年前であり、明らかに他の地域より古い。氷に含まれるメタンガス濃度と酸素同位体は、下層では変動が大きく、2.5万年前からは、より寒冷側にシフトし、かつ安定化している。これは、エドマ層が最終氷期の亜間氷期(カルギンスキー期4万-2.3万年前)が、気候不安定期であり、グリーンランド氷床コアー解析から明らかになった、ダンスガード-オスガ-不安定期に対応することがわかった。形成機構では、いわゆる同時発生的な氷楔に起因している。
3 コリマ河の氾濫原(湿原)から発生するメタンガスとそれを制御する環境要素
現在の環境化では、夏季に水分飽和となる湿原は、メタンガス発生源としての役割が大きい。そこで、コリマ河下流の湿原で、6月から9月までの長期観測を行い、メタンガスフラックスの変動とそれに影響する環境要素を調査した。その結果、永久凍土中の夏季融解層とそこの平均地温との積を指数とする実験式を得た。それを適用して、シベリアのツンドラ全域から発生するメタンガス量を10^<12>g(テラグラム)であると推定した。
4 気候変動が植生の分布と多様性に与える影響
気候の温暖化、特に夏季温度の上昇は、植生の分布と種構成に大きく影響する。コリマ河河口でのツンドラ-タイガ移行帯では、草本の種構成は北海道の釧路湿原に匹敵することがわかった。これは、2万年前の最終氷期以降の温度上昇が大きく、植生がかなりの速度で北上したことを裏付ける。さらに、永久凍土中の堆積物から採取した花粉により、植生回復の速度の速さが示された。
5 シベリアタイガの森林火災が気候変動に与える影響
森林機能を調査したグループは、森林に貯留されている炭素が一気に大気へ放出される森林火災についての評価を試みた。森林火災はCO2の直接的放出のみならず、本来森林が備えていた炭素呼吸(CO2を吸収し、O2を放出する)機能を損なう。そのため、2重の意味で大気へのCO2の放出源となる。火災のタイプ分けを行うには、樹木の根の部分の呼吸量が重要であることが、現地での観測から判明した。
6 土壌動物及び小動物の生態的特徴
タイガ及びツンドラに生息するショウジョウバエの生態的分布は、森林の更新過程や土壌生成に関わる指標となる。動物生態班は、森林の垂直分布によるショウジョウバエの棲み分けを調査した。その結果、新たに3種の新種を発見し、森林成立に依存する小動物の種の多様性が成り立つという知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] Masami FUKUDA: "Ground ice occurrence in eastern Siberian permafrost near Kolymar River Rigions" Proceedings of 4th Joint Siberian Permafrost Study between Japan and Russia. 2-10 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Tomohide YASUNAGA: "Review of the genus Lygocoris Reuter (Insecta Heteropteria) of Siberia (Yakutia,Russia" Proceedings of 4th Joint Siberian Permafrost Study between Japan and Russia. 20-28 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Tomohide YASUNAGA: "New records of the Psocoptera from Yakutia,Russia" Bulletin of Biogeographical Society,Japan. 50. 19-22 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hideaki WATABE: "A Preliminary report on the drosophilid fauna of Sakha SSR,the East Siberia" Drosophila Information Service. 75. 145-147 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hideaki WATABE: "A karyotype study of seven species of the Drosophila quiaria sector from Eastern Siberia and the Far East" Journal Hokkaido University of Education. 47. 25-29 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Masanori TODA: "A revision of the Drosophiliade (Dipta) in East Siberia and Russian Far East" Zoological Science. 13. 455-477 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shiro TSUYUZAKI: "Vegetation structure in gullies developted by the melting of ice wedges along Kolymar River" Polar Biology. 21. 87-94 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kunihide Takahashi: "Comparison of the photosynthetic capacity of Siberian and Japanese birch grown under eleveted CO2" Three Phyiology. 16. 381-385 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 福田正己: "極北シベリア" 岩波書店, 194 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 福田正己: "シベリアとアラスカの自然 モンゴロイドの地球 第5巻 第2章" 東京大学出版会, 202 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Masami FUKUDA: "Ground Ice Occurrence in eastern Siberian permafrost near Kolymar Riveer Regions." Proceedings 4th Joint Siberian Permafrost Study. 2-10 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomohide YASUNAGA: "Review of the genus Lygocoris Reuter (Insecta Heteropteria) of Siberia (Yakutia), Russia" Proceedings of 4th Joint Siberian Permafrost Study between Japan and Russia. 20-28 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomohide YASUNAGA: "New records of the Psocoptera from Yakutia, Russia" Bulletin of Biolgeographical Society, Japan. 5. 19-22 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hideaki WATABE: "A Preliminary report on the drosophilid fauna of Sakha SSR,the East Siberia" Drosophila Information Service. 75. 145-147 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hideaki WATABE: "A karyotype study of seven species of the Drosophila quiaria sector from Eastern Siberia and the Far East" Journal Hokkaido University of Education. 47. 25-29 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Masanori TODA: "revision of the Drosophiliade (Dipta) in East Siberia and Russian Far East" Zoological Science. 13. 455-477 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiro TSUYUZAKI: "Vegetaion structure in gullies developted by the melting of ice wedge along River" Polar Biology. 21. 87-94 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kunihide TAKAHASHI: "Comparion of the photosynthetic capacity of Siberian and Japanese birch grown und under elevated CO2" Three Phyiology. 16. 381-385 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Masami FUKUDA: Iwanami Shoten. High Arctic Siberia (in Japanese), 194 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Masami FUKUDA: Tokyo University Press. Physical Environment of Siberia and Alaska, 202 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より