グリーンランド氷床コアから解読する過去の急激な気候変動と陸海域環境への影響

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04140
• 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: 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, 特任研究員 (30733208) ; 中澤 文男 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (80432178) ; 近藤 豊 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任教授 (20110752)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: グリーンランド / 氷床コア / 急激な気候変動

研究実績の概要

本研究ではグリーランド氷床コアを用いてDOイベントを詳細に解析することで、過去に地球システムが臨界点を超えた際の温暖化の速度、温暖化と連動した陸域・海洋・大気の変化、陸域・海洋・大気の変化の速度、さらに気候が安定していた時代との違いを解明することを目的として、以下の研究を実施した。
・グリーンランドのEGRIP地点で国際共同研究によって実施している氷床コアの掘削と現場解析に参加した。
・EGRIP地点で掘削した深層氷床コア（EGRIPコア）を、スイスのベルン大学において、国際共同研究により連続融解分析（CFA分析）を実施した。2018年度は深度900ｍまでのCFA分析を実施したので、本年度は900～1400ｍの深度のCFA分析を実施し、2018年度とあわせて完新世～ヤンガードライアスまでの分析を終了した。日本からはブラックカーボン分析装置（SP2)を持ち込んでベルン大学のCFA装置に接続し、ブラックカーボンの高時間分解能データを取得した。また、CFA装置を用いて融解したサンプルの一部を、CFA装置に接続したフラクション・コレクターによって自動採取した。さらにSP2により取得した高時間分解能のブラックカーボンのデータについては国内で解析を実施した。
・2018年度に導入した固体微粒子分析装置（Coulter Multisizer 4e）と従来のコールター式固体微粒子分析装置（Coulter Multisizer 4）の比較実験を行い、同じ粒径範囲で整合性のある分析結果が得られるか確認する実験を行った。両者で測定した濃度は10％以内で一致した。新規装置でしか測定できない小粒径の粒子の分析精度を検証した。また、走査型電子顕微鏡を用いてEGRIP浅層コアに含まれている鉱物ダスト粒子の成分分析を開始した。
・レーザー式固体微粒子分析装置を新規に導入するため、本年度はレーザー式固体微粒子分析装置の部品の選定、組み立て、立ち上げを行った後、グリーンランドの雪試料を用いて動作テストを行った。

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

若手の研究分担者がEGRIPで実施している掘削と現場解析に参加したことで、日本の若手研究者が国際研究コミュニティとネットワークを築くことができ、研究を推進する上で重要な情報交換を行うことができたとともに、人材育成に貢献した。また、研究分担者と研究協力者がベルン大学で実施した国際CFA分析キャンペーンに参加したことで、CFA分析に関する最新情報の交換を行うことができ、EGRIP深層コアのデータ解釈に有用な情報を得ることができた。ベルン大学で実施したCFAキャンペーンで得られたEGRIP深層コアのブラックカーボンのデータは高精度であるだけでなく、世界で始めて粒径のデータを取得することができた。また、2台のコールター式固体微粒子分析装置を用いて濃度データの比較実験を行い、両者のデータには系統的な差があるものの、その差は測定値の10％以内であることを明らかにした。新規に導入するレーザー式固体微粒子分析装置については、予定通り部品の選定、組み立て、立ち上げを行った後、グリーンランドの積雪試料を用いて動作を実施した。現代の積雪中の固体微粒子濃度が非常に少ないことから多量の積雪試料を用いる必要があることが分かったが、融解した積雪試料を循環して利用することで統計的に有意なデータを取得できることが分かった。このように、コロナ禍により研究計画の一部に遅れが生じたものの、事故繰越をしたことで、予定通り研究を進めることができた。

今後の研究の推進方策

完新世は最終氷期と異なり、気候が比較的安定している。しかし、過去数百年を見た場合、北極域では20世紀前半に温暖な時期があったことが知られている。また、1990年代から急速な温暖化が進行している。最終氷期の急激な気候変動との比較のため、このように過去数百年の間に生じた温暖化の実態と、温暖化に伴う環境変動を把握する必要がある。そのため、グリーンランドのEGRIP地点で掘削した浅層氷床コアの分析を実施する。高時間分解能の連続データを得るため、氷床コア連続融解分析システム（CFAシステム）を用いた分析を実施する。CFAシステムの融解部に接続した水同位体比分析計で水の安定同位体比を、固体微粒子分析計でダストを、Single Particle Soot Photometer（SP2）でブラックカーボンを、ICP質量分析計で元素分析を実施する。また、CFAシステムで分注した不連続サンプルを用いてコールターカウンターによるダスト分析とイオンクロマトグラフによるイオン分析を開始する。さらに、走査型電子顕微鏡を用いてグリーンランド・コアに含まれている鉱物ダスト粒子の成分分析を行う。
2019年度にベルン大学で実施したEGRIP深層コアの国際共同CFAキャンペーンに参加し、深度900～1400ｍの部分の分析を行ったので、国立極地研究所が担当したブラックカーボン分析によって得られたデータを解析し、過去のバイオマスバーニングの歴史的変遷を解明するとともに、気候との関わりを研究する。

研究成果

• [国際共同研究] ベニス大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ベニス大学
• [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
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学/デンマーク工科大学(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/デンマーク工科大学
• [国際共同研究] アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所
• [国際共同研究] コロラド大学/砂漠研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロラド大学/砂漠研究所
• [雑誌論文] Microstructural analysis of Greenland ice using a cryogenic scanning electron microscope equipped with an electron backscatter diffraction detector (2019)
  • 著者名/発表者名: SHIGEYAMA Wataru、NAGATSUKA Naoko、HOMMA Tomoyuki、TAKATA Morimasa、GOTO-AZUMA Kumiko、WEIKUSAT Ilka、DRURY Martyn R.、KUIPER Ernst-Jan N.、MATEIU Ramona V.、AZUMA Nobuhiko、DAHL-JENSEN Dorthe、KIPFSTUHL Sepp
  • 雑誌名: Bulletin of Glaciological Research 巻: 37 ページ: 31～45
  • DOI: 10.5331/bgr.19R01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of microparticles on deformation and microstructural evolution of fine-grained ice (2019)
  • 著者名/発表者名: SARUYA TOMOTAKA、NAKAJIMA KOKI、TAKATA MORIMASA、HOMMA TOMOYUKI、AZUMA NOBUHIKO、GOTO-AZUMA KUMIKO
  • 雑誌名: Journal of Glaciology 巻: 65 ページ: 531～541
  • DOI: 10.1017/jog.2019.29
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glacially sourced dust as a potentially significant source of ice nucleating particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Tobo Yutaka、Adachi Kouji、DeMott Paul J.、Hill Thomas C. J.、Hamilton Douglas S.、Mahowald Natalie M.、Nagatsuka Naoko、Ohata Sho、Uetake Jun、Kondo Yutaka、Koike Makoto
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 12 ページ: 253～258
  • DOI: 10.1038/s41561-019-0314-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Black Carbon and Inorganic Aerosols in Arctic Snowpack (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Ogawa-Tsukagawa, Y., Miura, K., Hirabayashi, M., Oshima, N., Koike, M., Kupiainen, K., Moteki, N., Ohata, S., Sinha, P. R., Sugiura, K., Aoki, T., Schneebeli, M., Steffen, K., Sato, A., Tsushima, A., Makarov, V., Omiya, S., Sugimoto, A., Takano, S. and Nagatsuka N
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 124 ページ: 13325～13356
  • DOI: 10.1029/2019jd030623
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 北極域のアイスコアによる古環境研究：歴史と今後の展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 東 久美子
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 53 ページ: 133～148
  • DOI: 10.14934/chikyukagaku.53.133
  • 査読あり
• [学会発表] Effects of impurity drag in NEEM (North Greenland Eemian ice Drilling) ice core being applied phase transition (2020)
  • 著者名/発表者名: Homma, T., Saruya, T., Takata, M., Azuma, N., Goto-Azuma, K.
  • 学会等名: International Sixth Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent variations of surface mass balance and dust deposition at EGRIP, Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Komuro, Y., Nakazawa, F., Nagatsuka, N., Hirabayashi, M., Shigeyama, W., Homma, T., Goto-Azuma, K.
  • 学会等名: International Sixth Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonality of snow chemistry at the East Greenland Ice Core Project (EGRIP) camp, Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa, F., Natagsuka, N., Hirabayashi, M., Goto-Azuma, K.
  • 学会等名: International Sixth Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial variation of surface mass balance and seasonal variation of dust deposition at EGRIP, Greenland (2019)
  • 著者名/発表者名: Komuro, Y., Nakazawa, F., Nagatsuka, N., Hirabayashi, M., Shigeyama, W., Homma, T., Goto-Azuma, K.
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Variations in mineralogical composition of dust present in the Greenland SIGMA-D ice core and EGRIP snow over the past 100 years (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka, N., Goto-Azuma, K., Tsushima, A., Motoyama, H., Matoba, S., Fujita, K., Yamasaki, T., Onuma, Y., Komuro, Y., Minowa, M., Aoki, T., Hirabayashi, M., Nakazawa, F., Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal variations of snow chemistry at EGRIP, Greenland (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa, F., Nagatsuka, N., Hirabayashi M., Goto-Azuma
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Location, morphology and size distribution of solid particles in an ice core retrieved from NEEM, Greenland (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeyama, W., Homma, T., Takata, M., Goto-Azuma, K., Azuma N., Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Variations of concentrations and sizes of black carbon particles in Northwest Greenland over the past 350 years (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto-Azuma, K., Ogawa-Tsukagawa, Y., Kondo, Y., Dallmayer, R., Hirabayashi, M., Ogata, J., Kitamura, K., Kawamura, K., Motoyama, H., Matoba, S., Kadota, M., Aoki, T., Moteki, N., Ohata, S., Mori, T., Koike, M., Komuro, Y., Tsushima, A., Nagatsuka, N., Shigeyama, W., Fujita, K.,
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Variations in mineralogy of dust in snow and ice core obtained from Greenland Ice Sheet over the past 100 years (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka, N., Goto-Azuma, K., Tsushima, A., Motoyama, H., Matoba, S., Fujita, K., Yamasaki, T., Onuma, Y., Komuro, Y., Minowa, M., Aoki, T., Hirabayashi, M.
  • 学会等名: NEGIS Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] グリーンランド氷床アイスコアおよび積雪ピットサンプル中の過去100 年間の鉱物組成変動の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永塚尚子，東久美子，對馬あかね，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，青木輝夫，平林幹啓，中澤文男，Dorthe Dahl-Jensen
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] 雪氷融解試料中の微生物固定を目的とした紫外線照射処理の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中澤文男, 東久美子
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] グリーンランド北西部における過去350年間のブラックカーボン及びダストの季節変化及び経年変化, (2019)
  • 著者名/発表者名: 東久美子, 塚川佳美, 近藤豊, ダルマイヤー・レミ, 平林幹啓, 尾形純, 北村亨太郎, 川村賢二,本山秀明, 的場澄人, 門田萌, 青木輝夫, 茂木信宏, 大畑祥, 森樹大, 小池真, 小室悠紀, 對馬あかね, 永塚尚子, 繁山 航, 藤田耕史
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] グリーンランドEGRIP における近年の表面質量収支とダスト変動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小室悠紀, 中澤文男, 永塚尚子, 平林幹啓, 繁山航, 本間智之, 東久美子
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] グリーンランド氷床コアに含まれる微粒子の元素分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 繁山航, 東久美子, 中澤文男, 高田守昌, 本間智之, 東信彦, Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] 高分解能に特化した氷床コア融解分析装置の開発 －融解制御の検討と精度評価－ (2019)
  • 著者名/発表者名: 高田守昌, 東久美子
  • 学会等名: 雪氷研究大会2019
• [学会発表] グリーンランドにおける人為起源及び自然起源のブラックカーボンの濃度, 粒径分布, 季節変動の経年変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 東久美子, 塚川佳美, 近藤豊, ダルマイヤー・レミ, 平林幹啓, 尾形純, 北村亨太郎, 川村賢二, 本山秀明, 的場澄人, 門田萌, 青木輝夫, 茂木信宏, 大畑祥, 森樹大, 小池真, 小室悠紀, 對馬あかね, 永塚尚子, 繁山航, 藤田耕史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 南極とグリーンランドにおける深層アイスコア掘削 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二, 東久美子, 藤田秀二, 中澤文男, 大藪幾美, 本山秀明, 阿部彩子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Black carbon and inorganic aerosols in snowpack over the Arctic (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Ogawa-Tsukagawa, Y., Miura, K., Hirabayashi, M., Oshima, N., Koike, M., Kupiainen, K., Moteki, N., Ohata, S., Sinha, P. R., Sugiura, K., Aoki, T., Schneebeli, M., Steffen, K., Sato, A., Tsushima, A., Makarov, V., Omiya, S., Sugimoto, A. and Takano, S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Variations in mineralogy of dust in the Greenland SIGMA-D ice core over the past 100 years using SEM (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka, N., Goto-Azuma, K., Tsushima, A., Motoyama, H., Matoba, S., Fujita, K., Yamasaki, T., Onuma, Y., Komuro, Y., Minowa, M., Aoki, T., Hirabayashi, M., Nakazawa, F., Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 極域アイスコアに眠る古代菌類の研究とその将来展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中澤文男, 辻雅晴, 伊村智
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] グリーンランド氷床コアにおける固体微粒子の粒径と形状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 繁山航, 東久美子, 福田かおり, 中澤文男, 高田守昌, 本間智之, 東信彦, Dorthe Dahl-Jensen
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [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/