過去７２万年間の気候変動情報を含むアイスコアの物理と層位および「最古の氷」の研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H05294
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 藤田 秀二 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (30250476)
• 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) ; 飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (40370043) ; 大野 浩 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80634625)
• 研究期間 (年度): 2018-06-11 – 2023-03-31
• キーワード: 南極 / アイスコア / 気候変動 / 古気候 / 氷床

研究実績の概要

当初計画に従い、以下の項目の研究を遂行した。
Ⅰ．アイスコアの物理層位の計測：①ミリ波誘電率テンソルの計測を2400m深から深い側に延伸した。② ①とあわせ、結晶Ｃ軸方位の直接計測とを実施し比較を実施した。③水平面内での誘電テンソルの主軸２成分の差を明らかにする分析を実施した。④ミリ波誘電テンソルにかかる研究成果の論文化を開始し、2021年4月と11月にそれぞれ投稿し、前者は出版に至った。後者は公開査読論文として出版され、本報告執筆時には公開査読が継続されている。
Ⅱ．連続融解計測装置系（CFA）を用いたアイスコアの化学層位計測：①2019年度までに開発した小型融解ヘッドの試験を重ねている。ただし、ドームふじアイスコアの分析・消費については、他研究分野との調整の必要が生じ、この計測実施を最終年度に延期した。②ドームふじアイスコアの中層のアイスコアとしては、約570m深～600m深の試料についての連続解析を実施した。また同様に、ドームふじ近傍で2017/2018年に新たに掘削された152m長の浅層コアについて、約75m深よりも浅い深度区間の計測を完了した。
Ⅲ. 塩微粒子の層位にかかる研究：不純物の存在状態の検知計測を、ラマン分光散乱を用いて継続した。
Ⅳ. アイスコアの信号形成にかかるプロセスにかかる研究：2020年度は、以下の２点についての研究を推進した。氷床に閉じ込められてから数百年程度以内の深度約100-120m深の気泡をラマン分光散乱で解析し、気泡中の酸素と窒素の分別比を実測した。
このほか、ドームふじアイスコアの固体電気伝導度解析として前年度まで実施してきたDEPデータの解析、氷床探査用レーダの観測データとアイスコアデータとの比較、アイスコア間の気候変動イベントの年代差の抽出作業を、同期進捗に応じ随時実施した。

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

本研究で実現を目指す目標は当初から以下の４項目を掲げてきた。①古気候情報としての価値創出、②経時変質の性質を解明、③複数のコア間の年代同期、④今後掘削する非常に古いアイスコアの質を予測。
①の古気候情報としての価値創出としては、ドームふじアイスコアの誘電テンソル計測を実施し、国際的に見ても前例の無いレベルの統計的有意性やデータ詳細度をもったデータを得て、出版プロセスに至っている。アイスコアの年代決定や変形にかかる情報を着実に得ている。さらには、計測はさらに深部（年代の古い側）に向けて延伸を続けている。この点は着実な成果をあげている。一方、連続融解計測装置系を用いた計測に関しては、着実にすすめた部分と、装置系の調整やCOVID-19にかかる社会情勢に応じて在宅勤務をせざるを得なかった事情により後年次に延期した部分がある。
②経時変質の性質を解明については、ドームふじアイスコアの結晶主軸分布が経時変化としてどのように発展したかについて主要な進展をみた。論文化をすすめた。
③複数のコア間の年代同期については、深度2400以深の連続融解解析の後年次への延期に起因して、この深度に関しては新たな発展を得ていない。
④今後掘削する非常に古いアイスコアの質を予測については、上記①や②の結果とそれに対する考察、さらには、現地で観測したレーダ探査の結果を合わせ、重要な考察作業を実施している。これらは、投稿論文としてまとめている。さらには、南極のドームふじ地域の詳細な氷厚地図を作成し、投稿作業をすすめている。
概して、①②④は着実に進展しているが、③については後年次への延期と研究計画の見直しをすすめている状況にある。

今後の研究の推進方策

当初計画に従い、以下の項目の研究を伸ばしていく。
Ⅰ．アイスコアの物理層位の計測：ミリ波誘電率テンソルの計測を2400m深から深い側に延伸を続け、結晶Ｃ軸方位の直接計測との比較を実施する。論文発表も継続して実施する。Ⅱ．連続融解計測装置系（CFA）を用いたアイスコアの化学層位計測：小型融解ヘッドの試験を重ね、2400-3000m深の範囲での信号の拡散を調査する目的での分析をすすめる。Ⅲ. 塩微粒子の層位にかかる研究：不純物の存在状態の検知計測を、ラマン分光散乱を用いて継続する。Ⅳ. アイスコアの信号形成にかかるプロセスにかかる研究として、氷床に閉じ込められてから数百年程度以内の深度約100-120m深の気泡をラマン分光散乱で解析し、気泡中の酸素と窒素の分別比を実測する研究をすすめる。このほか、ドームふじアイスコアの固体電気伝導度解析、DEPデータの解析、氷床探査用レーダの観測データとアイスコアデータとの比較をすすめる。
上記の実作業を通じ、①古気候情報としての価値創出：アイスコアの年代決定や、層・深度毎の歪量の推定に関して知見の新たな軸を示していく。②経時変質の性質を解明：①とあわせて、さらに深部にいたる状況を明らかにしていく。③複数のコア間の年代同期：他のアイスコア研究との調整のため分析数を減らさなければならない状況となり、当初計画よりも実施深度を削減せざるを得ないが、連続融解解析を実現できる深部についてはこの作業を試みる。④今後掘削する非常に古いアイスコアの質を予測：考察作業と論文作成作業を継続する。

研究成果

• [雑誌論文] Atmospheric sea-salt and halogen cycles in the Antarctic (2020)
  • 著者名/発表者名: Hara Keiichiro、Osada Kazuo、Yabuki Masanori、Matoba Sumito、Hirabayashi Motohiro、Fujita Shuji、Nakazawa Fumio、Yamanouchi Takashi
  • 雑誌名: Environmental Science: Processes & Impacts 巻: 22 ページ: 2003～2022
  • DOI: 10.1039/D0EM00092B
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mobile, Multichannel, UWB Radar for Potential Ice Core Drill Site Identification in East Antarctica: Development and First Results (2020)
  • 著者名/発表者名: Rodriguez-Morales Fernando、Braaten David、Trong Mai Hoang、Paden John、Gogineni Prasad、Yan Jie-Bang、Abe-Ouchi Ayako、Fujita Shuji、Kawamura Kenji、Tsutaki Shun、Van Liefferinge Brice、Matsuoka Kenichi、Steinhage Daniel
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing 巻: 13 ページ: 4836～4847
  • DOI: 10.1109/JSTARS.2020.3016287
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstruction of Sea Ice Concentration in Northern Baffin Bay Using Deuterium Excess in a Coastal Ice Core From the Northwestern Greenland Ice Sheet (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurosaki Yutaka、Matoba Sumito、Iizuka Yoshinori、Niwano Masashi、Tanikawa Tomonori、Ando Takuto、Hori Akira、Miyamoto Atsushi、Fujita Shuji、Aoki Teruo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: e2019JD031668
  • DOI: 10.1029/2019JD031668
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 南極ドームふじ基地における第2期氷床深層コア掘削 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本山 秀明、東 久美子、鈴木 啓助、武藤 淳公、五十嵐 誠、山崎 哲秀、藤田 秀二、斎藤 健、渡辺 原太、古崎 睦、李 院生、高橋 昭好、鄭 址雄、福井 幸太郎、中澤 文男、亀田 貴雄、藤田 耕史、大日方 一夫、齊藤 隆志、神山 孝吉、木下 淳、東 信彦、田中 洋一、中山 芳樹、渡辺 興亜、高田 守昌、他９名
  • 雑誌名: 南極資料 = Antarctic Record 巻: 64 ページ: 284～329
  • DOI: 10.15094/00016228
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 南極ドームふじ近傍におけるフィルンの微細構造と気泡形成との関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上 崚、藤田 秀二、川村 賢二、中澤 文男、大藪 幾美
  • 雑誌名: 雪氷研究大会講演要旨集 巻: 2020 ページ: 70～70
  • DOI: 10.14851/jcsir.2020.0_70
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] アイスコア連続融解分析システムを用いたドームふじ深層氷床コアの高時間分解能固体微粒子分析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東 久美子、米倉 綾香、川村 賢二、尾形 純、福田 かおり、平林 幹啓、北村 享太郎、中澤 文男、小室 悠紀、塚川 佳美、藤田 秀二
  • 雑誌名: 雪氷研究大会講演要旨集 巻: 2020 ページ: 69～69
  • DOI: 10.14851/jcsir.2020.0_69
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 地上氷床レーダ探査による南極ドームふじ周辺の基盤地形 (2020)
  • 著者名/発表者名: 津滝 俊、藤田 秀二、川村 賢二、阿部 彩子、福井 幸太郎
  • 雑誌名: 雪氷研究大会講演要旨集 巻: 2020 ページ: 73～73
  • DOI: 10.14851/jcsir.2020.0_73
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 氷床下の基盤地形探査におけるアンテナの選択の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤田 秀二、津滝 俊、川村 賢二、阿部 彩子、福井 幸太郎
  • 雑誌名: 雪氷研究大会講演要旨集 巻: 2020 ページ: 72～72
  • DOI: 10.14851/jcsir.2020.0_72
• [学会発表] 氷床レーダ探査による東南極ドームふじ近傍の基盤地形 (2020)
  • 著者名/発表者名: TSUTAKI Shun, FUJITA Shuji, KAWAMURA Kenji, GOGINENI Prasad, ABE-OUCHI Ayako, BRAATEN David, GALLET Jean-Charles, ISAKSSON Elisabeth, VAN LIEFFERINGE Brice, MATSUOKA Kenichi, O’NEIL Charles, PADEN John, RODRIGUEZ-MORALES Fernando, TAYLOR Ryan, YAN Jie-Bang, and 10 others
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 氷床モデリングとレーダーを組み合わせた100万年越え南極氷のドームふじ付近の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: ABE-OUCHI Ayako, OBASE Takashi, KAWAMURA Kenji, FUJITA Shuji, SAITO Fuyuki, TSUTAKI Shun, GOGINENI Prasad, BRAATEN David, RODRIGUEZ-MORALES Fernando, PADEN John, MATSUOKA Kenichi, MOTOYAMA Hideaki, GREVE Ralf, VAN LIEFFERINGE Brice, TAYLOR Ryan
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 東南極ドームふじ基地近くの新規サイトにおけるフィルンの層状化,緻密化および気泡の分離 (2020)
  • 著者名/発表者名: INOUE Ryo, FUJITA Shuji, KAWAMURA Kenji, NAKAZAWA Fumio, OYABU Ikumi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] カメラ画像を用いた南極昭和基地とドームふじ基地間の雪面パターンの推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: SUGIURA Konosuke, TOMITA Hirotaka, WATANABE Kengo, HIRASAWA Naohiko, KAWAMURA Kenji, NAKAZAWA Fumio, OHNO Hiroshi, FUJITA Shuji, OYABU Ikumi, YAMANOUCHI Takashi, MOTOYAMA Hideaki
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 南極ドームふじ周辺における最古の氷の位置特定のための共同研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: KAWAMURA Kenji, ABE-OUCHI Ayako, FUJITA Shuji, GOGINENI Prasad, BRAATEN David, GALLET Jean-Charle, GOTO-AZUMA Kumiko, GREVE Ralf, ISAKSSON Elisabeth, VAN LIEFFERINGE Brice, MATSUOKA Kenichi and 10 others
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 南極地域観測隊のレーダで観測された氷床深層内部層および氷/地表面境界からの電波エコーの特徴:概要 (2020)
  • 著者名/発表者名: FUJITA Shuji, KAWAMURA Kenji, ABE-OUCHI Ayako, FUKUI Kotaro, MATSUOKA Kenichi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] ドームふじ基地付近における氷床コア掘削サイト特定のための高解像度レーダー測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: MORALES Fernando Rodriguez, BRAATEN David, PADEN John,GOGINENI Prasad, TAYLOR Ryan, ABE-OUCHI Ayako, FUJITA Shuji, KAWAMURA Kenji, TSUTAKI Shun, VAN LIEFFERINGE Brice, MATSUOKA Kenichi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] UWBマイクロ波レーダによる氷床表面近傍内部層のマッピングおよび深部層を向上させるためのサウンダデータの最適化プロセシング (2020)
  • 著者名/発表者名: GOGINENI Sivaprasad, TAYLOR Ryan Andrew, KOLPUKE Shriniwas, LARSON Jordan, LI Linfeng, O’NEILL Charles, THOMAS Ryan, WATTAL Shashank, YAN Jie-Bang, BRAATEN David, ABE-OUCHI Ayako, FUJITA Shuji, KAWAMURA Kenji, TSUTAKI Shun, VAN LIEFFERINGE Brice, MATSUOKA Kenichi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 氷床下の基盤地形探査におけるアンテナの選択の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤田秀二, 津滝俊, 川村賢二, 阿部彩子, 福井幸太郎
  • 学会等名: 雪氷研究大会2020
• [学会発表] 地上氷床レーダ探査による南極ドームふじ周辺の基盤地形 (2020)
  • 著者名/発表者名: 津滝俊, 藤田秀二, 川村賢二, 阿部彩子, 福井幸太郎
  • 学会等名: 雪氷研究大会2020
• [学会発表] 南極DFS10 浅層コアに含まれる気泡のN2/O2 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本健吾，藤田秀二，飯塚芳徳，大野浩
  • 学会等名: 雪氷研究大会2020