南極氷床コア中ダストのマルチパラメータ分析による氷期・間氷期の気候・環境変動解読

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H01731
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 東 久美子 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (80202620)
• 研究分担者: 櫻井 俊光 国立極地研究所, 研究教育系, 研究員 (00581810) ; 本山 秀明 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (20210099) ; 平林 幹啓 国立極地研究所, 研究教育系, 特任助手 (20399356) ; 永塚 尚子 国立極地研究所, 研究教育系, 研究員 (30733208)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 南極氷床コア / ダスト / マルチパラメータ / 氷期・間氷期 / 気候・環境変動

研究実績の概要

1．南極ドームふじ氷床コアの完新世のサンプルをアイスコア連続自動融解分析装置（CFA）で分析した。
2．ドームふじ氷床コアの最終退氷期から最終氷期最寒期のサンプルをCFAで分析するため、CFAを最適化した。固体微粒子や各種元素の濃度が低い完新世のサンプルを分析する際は、CFAを低濃度のサンプル用に最適化する必要があったが、完新世から最終退氷期、最終氷期最寒期へと時代を遡ると、これらの濃度が高くなるため、この時代のサンプル用にCFAの最適化が必要であった。ダストの指標となる固体微粒子については、使用しているレーザー遮蔽式ダスト分析計において分析可能な上限濃度を超えてしまうため、アイスコア融解部から固体微粒子分析装置に導入される融解水のラインに超純水のラインを接続し、超純水によってサンプルからの融解水を希釈した。
3．CFAによって自動分注された完新世のサンプルを用いてイオン分析とダスト分析を行った。また、光学顕微鏡による微粒子の直接観察方法を開発した。
4．ダスト粒子を走査型電子顕微鏡（SEM）により分析する方法の開発を継続した。最初はサンプルを融解する方法を幾つか試みたが成功しなかったため、昇華する方法を検討した。凍結乾燥機により氷を昇華させてフィルター上にダストを捕集する方法でコンタミネーションなしで分析できることが分かったので、この方法によって実験条件の検討を行った。これと並行し、クライオSEMにより、氷床コア・サンプルを融かさず分析する方法の開発を継続し、グリーンランドのアイスコア・サンプルでテストを行った。
5．ダストの溶存成分と非溶存成分の分離する分析法について研究を開始した。CFA-ICPQMSによる無機元素分析において、溶存態と全形態(溶存態+粒子態)濃度の比較を行い、元素による挙動の違いを明らかにした。

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

レーザー遮蔽式ダスト分析計は、ダスト濃度が高くなると分析不能になることが懸念されていたが、超純水のラインをCFAシステムに組み込むことで、分析計に導入されるサンプルのダスト濃度を低くすることができ、測定可能となった。凍結乾燥法を用いてフィルター上に捕集したダストのSEMによる成分分析や、クライオSEMによって氷を融解せずにダストを分析する方法の開発も順調に進んでいる。また、CFA-ICPQMSによる無機元素分析においては、溶存態と粒子態のシグナルの出方が異なることが明らかになり、ICPQMSへ導入するサンプルは、フィルターを通過させなくても溶存態と粒子態を分離できることが分かった。このようにダストの様々な分析が可能になった。

今後の研究の推進方策

本年度までに開発及び最適化した各種分析法を用いて、南極ドームふじコアの分析を行う。
CFAにより南極ドームふじ氷床コアの完新世～最終退氷期～最終氷期最寒期の時代に対応するサンプルの高時間分解能分析を終了する。平成28年度はCFA-ICPQMSによる無機元素分析において、溶存態と全形態(溶存態+粒子態)濃度の比較を行い、元素による挙動の違いを明らかにしたので、この方法をドームふじ氷床コアのCFA分析に応用して、溶存成分と非溶存成分を分離した分析を実施する。また、CFAの自動分注装置で採取したサンプルを用い、イオン分析、ダストの粒径・個数の分析、ダストの形状分析を行う。これと並行し、光学顕微鏡による微粒子の直接観察と走査型電子顕微鏡観察を行う。これらのマルチパラメータ分析によって得られた結果を総合的に解析し、過去の気候変動とダストとの関わりを研究する。

研究成果

• [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
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: コペンハーゲン大学
• [雑誌論文] State dependence of climatic instability over the past 720,000 years from Antarctic ice cores and climate modeling (2017)
  • 著者名/発表者名: Dome Fuji Ice Core Project: K. Kawamura, A. Abe-Ouchi, H. Motoyama, Y. Ageta, S. Aoki, N. Azuma, Y. Fujii, K. Fujita, S. Fujita, K. Fukui, T. Furukawa, A. Furusaki, K. Goto-Azuma, R. Greve, M. Hirabayashi, T. Hondoh, A. Hori, S. Horikawa, K. Horiuchi, M. Igarashi, Y. Iizuka and others
  • 雑誌名: Science Advance 巻: 3 ページ: e1600446
  • DOI: 10.1126/sciadv.1600446
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial distributions of soluble salts in surface snow of East Antarctica (2016)
  • 著者名/発表者名: Iizuka, Y., H. Ohno, R. Uemura, T. Suzuki, I. Oyabu, Y. Hoshina, K. Fukui, M. Hirabayashi and H. Motoyama
  • 雑誌名: Tellus B 巻: 68 ページ: 29285
  • DOI: 10.3402/tellusb.v68.29285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sulfur isotopic composition of surface snow along a latitudinal transect in East Antarctica (2016)
  • 著者名/発表者名: Uemura, R. K. Masaka, K. Fukui, Y. Iizuka, M. Hirabayashi and H. Motoyama
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 43 ページ: 5878-5885
  • DOI: 10.1002/2016GL069482
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micro-droplets containing sulfate in the Dome Fuji deep ice core, Antarctica: findings using micro-Raman spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, T., H. Ohno, H. Motoyama, T. Uchida
  • 雑誌名: Journal of Raman Spectroscopy 巻: 48 ページ: 448-452
  • DOI: 10.1002/jrs.5040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variations in Sr and Nd Isotopic Ratios of Mineral Particles in Cryoconite in Western Greenland (2016)
  • 著者名/発表者名: 12.Nagatsuka, N., Takeuchi, N., Uetake, J., Shimada, R., Onuma, Y., Tanaka, S. and Nakano, T.
  • 雑誌名: Frontiers Earth Science 巻: 4 ページ: 93
  • DOI: 10.3389/feart.2016.00093
  • 査読あり
• [学会発表] 氷期・間氷期サイクルにおける海洋生物起源の硫酸フラックスの変動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 東久美子
  • 学会等名: 国立極地研究所共同研究集会「南極ドームふじ氷床深層アイスコアの解析による気候・環境変動の研究」
• [学会発表] JARE 観測による表面積雪、積雪ピット、浅層コアのデータセットについて（途中経過） (2017)
  • 著者名/発表者名: 本山秀明
  • 学会等名: 国立極地研究所共同研究集会「南極ドームふじ氷床深層アイスコアの解析による気候・環境変動の研究」
• [学会発表] Identification of possible source areas of mineral dust in 2016 EGRIP snow (2017)
  • 著者名/発表者名: 永塚尚子
  • 学会等名: 国立極地研究所共同研究集会「グリーンランド氷床の変動と気候・環境変動の関わりに関する研究集会」
• [学会発表] Present evaluation and future prediction of the global environment in the framework of glacial-interglacial cycle (AJ3) (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoyama, H., K. Kawamura, H. Miura, Y. Suganuma, K. Goto-Azuma, S. Fujita, T. Furukawa, K. Matsuoka, H. Kaneda, T. Koyama, Y. Nogi, J. Okuno and S. Matoba
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Metamorphism of layered firn at Dome Fuji, Antarctica: Evolution of relations between Near-infrared reflectivity and the other textural/chemical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., K. Goto-Azuma, H. Enomoto, K. Fukui, M. Hirabayashi, A. Hori, Y. Hoshina, Y. Iizuka, Y. Motizuki, H. Motoyama, F. Nakazawa, S. Sugiyama, S. Surdyk and K. Takahashi
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Development of melting device for continuous flow analysis of firn core samples-Separation of analysis sample liquid and waste liquid- (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiba, R., M. Takata, S. Kamimura, N. Azuma and K. Goto-Azuma
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Dome Fuji Ice Core Consortium, Drilling of deep ice core exceeding 800,000 years for reconstructing past climate (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, K., S. Fujita, K. Goto-Azuma, H. Motoyama and F. Nakazawa
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Methane measurement of ice cores using continuous flow analysis system (2016)
  • 著者名/発表者名: Arai, M., K. Kawamura, K. Kitamura, K. Goto-Azuma, J. Ogata
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary results of atmospheric CH4 concentration during the Holocene reconstructed from the NEEM (Greenland) and Dome Fuji (East Antarctica) ice cores (2016)
  • 著者名/発表者名: Oyabu, I., K. Kawamura, K. Goto-Azuma, K. Kitamura, S. Aoki, T. Nakazawa, E. J. Brook and T. Blunier
  • 学会等名: The Seventh Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Metamorphism of layered firn at Dome Fuji, Antarctica: Evolution of relations between Near-infrared reflectivity and the other textural/chemical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., K. Goto-Azuma, H. Enomoto, K. Fukui, M. Hirabayashi, A. Hori, Y. Hoshina, Y. Iizuka, Y. Motizuki, H. Motoyama, F. Nakazawa, S. Sugiyama, S. Surdyk and K. Takahashi
  • 学会等名: SCAR 2016 Open Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Glaciological conditions in Dronning Maud Land, East Antarctica (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., K. Goto-Azuma, K. Kawamura and H. Motoyama
  • 学会等名: Japan-Norway Arctic Science and Innovation Week 2016
  • 国際学会
• [学会発表] 過去21万6千年間の東南極における、気候に依存した質量収支のコントラスト (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田 秀二, Frederic Parrenin, 阿部 彩子, 川村 賢二, Masson-Delmotte Valerie, 本山 秀明, 齋藤 冬樹, Severi Mirko, Stenni Barbara, 植村 立, Wolff Eric
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
• [学会発表] 南極ドームふじのでのフィルン層構造の変態： 近赤外光の反射率と他の結晶組織構造や化学特性との関係の発達 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田秀二, 東久美子, 榎本浩之, 福井幸太郎, 平林幹啓, 堀彰, 保科優, 飯塚芳徳, 望月 優子, 本山秀明, 中澤文男, 杉山慎, Sylviane Surdyk, 高橋和也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
• [学会発表] ドームふじ アイスコアコンソーシアム南極内陸ドームふじ次期氷床深層アイスコア掘削計画での「最古の氷」掘削地点の選定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田秀二, 川村賢二, 東久美子, 本山秀明
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
• [学会発表] 80万年を超える深層アイスコア掘削による気候復元研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二, 藤田秀二, 東久美子, 本山 秀明, ドームふじ アイスコアコンソーシアム
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
• [学会発表] グリーンランドNEEM氷床コアと南極Dome Fuji氷床コアから復元された完新世のメタン濃度 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大藪幾美, 川村賢二, 東久美子, 北村享太郎, 青木周司, 中澤高清, Edward J. Brook, Thomas Blunier
  • 学会等名: 雪氷研究大会2016
• [学会発表] 南極ドームふじコア中の金属成分 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木利孝，米倉綾香，飯塚芳徳，平林幹啓，本山秀明
  • 学会等名: 雪氷研究大会2016
• [学会発表] 南極大陸沿岸雪氷中のハロゲンイオンの分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平林幹啓, 本山秀明, 須藤健司
  • 学会等名: 日本分析化学会第65年会
• [学会発表] 変形氷の結晶組織解析のための後方散乱電子回折（EBSD） (2016)
  • 著者名/発表者名: 繁山 航，永塚尚子，本間智之，高田守昌，東 久美子，Ilka Weikusat，Martyn R. Drury，Ernst-Jan Kuiper，Gill Pennock、Ramona V. Mateiu，東 信彦
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第72回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 後方散乱電子回折（EBSD）の氷への適用における課題と解決策 (2016)
  • 著者名/発表者名: 繁山 航，永塚尚子，本間智之，高田守昌，東 久美子，Ilka Weikusat，Martyn R. Drury，Ernst-Jan Kuiper，Gill Pennock, Ramona V. Mateiu，東 信彦
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 走査電子顕微鏡分科会 SCAN TECH 2016（招待講演）
  • 招待講演
• [学会発表] グリーンランド氷床北西部 SIGMA-D アイスコア中の鉱物組成変動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永塚尚子，東久美子，本山秀明，的場澄人，藤田耕史，山崎哲秀，大沼友貴彦，箕輪昌紘，小室悠紀，青木輝夫，平林幹啓，Dallmayr Remi
  • 学会等名: 雪氷研究大会
• [学会発表] グリーンランド氷床北西部 SIGMA-D アイスコア中の鉱物組成変動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永塚尚子，東久美子，本山秀明，的場澄人，藤田耕史，山崎哲秀，大沼友貴彦，箕輪昌紘，小室悠紀，青木輝夫，平林幹啓，Dallmayr Remi
  • 学会等名: 極域科学シンポジウム
• [備考] 国立極地研究所アイスコア研究センター
  • URL: http://polaris.nipr.ac.jp/~icrc/NC/htdocs/