高解像度マルチアーカイブ分析による太陽地磁気変動史と宇宙線イベントの解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00706
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 堀内 一穂 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (00344614)
• 研究分担者: 宮原 ひろ子 武蔵野美術大学, 造形学部, 准教授 (00532681) ; 三宅 芙沙 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (90738569) ; 川村 賢二 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (90431478) ; 山崎 俊嗣 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (80344125) ; 小田 啓邦 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, 上級主任研究員 (90356725) ; 笹 公和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20312796)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 宇宙線生成核種 / 太陽活動 / 地磁気変動 / 宇宙線イベント / 古環境アーカイブ / アイスコア / 堆積物 / 年代決定

研究実績の概要

南極ドームふじアイスコアを利用して、酸素同位体ステージ6の百年解像度ベリリウム10分析を開始した。また、同コアのガス分析融解水を用いたベリリウム10の予察的な分析から、約40万年前のWeinan地磁気極小期に関わるベリリウム10の増加を検出した。さらに、同コアの数値年代を主にガス分析に基づいて向上させ、その成果を国際学会で発表した。これらに加えて、西太平洋赤道域の海底堆積物（WCBコア）を対象にした地磁気極小期の高時間解像度ベリリウム同位体分析にも取り掛かった。堆積物から得られたデータは、古地磁気強度記録やドームふじアイスコアのベリリウム10記録と、逐次比較された。
単年解像度での分析が必要な完新世の宇宙線イベントに関して、本年度は特に紀元前660年のイベントとその性質を炭素14分析などから明らかにし、ドームふじアイスコアでの出現層準を十数年解像度のベリリウム10変動曲線に基づいて特定した。さらに、これを含む複数のイベントに関して、ドームふじアイスコアにて単年解像度でのベリリリウム10分析や数年解像度での塩素36分析を行った。
高解像度の宇宙線生成核種分析が可能な古環境アーカイブの種類を増やし、古宇宙変動の解明や宇宙線層序の応用をさらに進めるために、様々な古環境アーカイブを対象に探索的研究を行った。その結果、陸域炭酸塩堆積物のトラバーチンが太陽変調の11年周期を詳細に記録する可能性や、北極圏地下氷の潜在的可能性を見い出した。さらに、東太平洋赤道域深海底堆積物（U1335コア）のベリリウム同位体比を連続的に分析することで、これの宇宙線強度プロキシとしての有用性が示唆された。
試料前処理での同重体汚染を軽減するために、弘前大学に超純水製造装置を導入し、実際に運用を開始した。スタートアップの研究打ち合わせや内外での成果発表を行った。

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

本事業は大きく分けて、（１）過去50万年間の高解像度宇宙線生成核種記録の獲得と宇宙線層序による海陸の詳細対比、（２）宇宙線層序に挿入する数値年代の向上、（３）太陽活動・地磁気変動史の詳細解明、（４）未知宇宙線イベントの探索と発見、（５）宇宙線層序編年の高度化と拡張を目標としている。本年度は何れの項目も着実に進行しており、計画初年度として十分な成果を得た。

今後の研究の推進方策

計画の遂行に問題は生じていないことから、当初の計画通り課題を推進する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] 華東師範大学/中国科学院地球化学研究所(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 華東師範大学/中国科学院地球化学研究所
• [国際共同研究] アラスカ大学フェアバンクス校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アラスカ大学フェアバンクス校
• [雑誌論文] Prolonged production of 14C during the ~660 BCE solar proton event from Japanese tree rings (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakurai Hirohisa、Tokanai Fuyuki、Miyake Fusa、Horiuchi Kazuho、Masuda Kimiaki、Miyahara Hiroko、Ohyama Motonari、Sakamoto Minoru、Mitsutani Takumi、Moriya Toru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 660
  • DOI: 10.1038/s41598-019-57273-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of beryllium-10 in terrestrial carbonate deposits from South China: A pilot study (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyahara Hiroko、Horiuchi Kazuho、Sakashita Wataru、Matsuzaki Hiroyuki、Xu Hongyang、Zhou Limin
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 464 ページ: 36～40
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.11.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of beryllium isotopes in ice wedges in Alaska (2019)
  • 著者名/発表者名: Horiuchi Kazuho、Ohno Hiroshi、Iwahana Go、Iizuka Yoshinori、Matsuzaki Hiroyuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 459 ページ: 64～70
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.07.046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution records of 10Be in endogenic travertine from Baishuitai, China: A new proxy record of annual solar activity? (2019)
  • 著者名/発表者名: Xu Hongyang、Miyahara Hiroko、Horiuchi Kazuho、Matsuzaki Hiroyuki、Sun Hailong、Luo Weijun、Zheng Xiangmin、Suganuma Yusuke、Wang Shijie、Zhou Limin
  • 雑誌名: Quaternary Science Reviews 巻: 216 ページ: 34～46
  • DOI: 10.1016/j.quascirev.2019.05.012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ and meteoric 10Be and 26Al measurements: Improved preparation and application at the University of Tokyo (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Yusuke、Yamane Masako、Nakamura Atsunori、Miyairi Yosuke、Horiuchi Kazuho、Aze Takahiro、Matsuzaki Hiroyuki、Shirahama Yoshiki、Ando Yuka
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 455 ページ: 260～264
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.01.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Study of Variation of the 11-yr Solar Cycle before the onset of the Spoerer Minimum based on Annually measured 14C Content in tree Rings (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriya Toru、Miyahara Hiroko、Ohyama Motonari、Hakozaki Masataka、Takeyama Mirei、Sakurai Hirohisa、Tokanai Fuyuki
  • 雑誌名: Radiocarbon 巻: 61 ページ: 1749～1754
  • DOI: 10.1017/RDC.2019.123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensor Response Estimate and Cross Calibration of Paleomagnetic Measurements on Pass‐Through Superconducting Rock Magnetometers (2019)
  • 著者名/発表者名: Xuan Chuang、Oda Hirokuni
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 20 ページ: 4676～4692
  • DOI: 10.1029/2019GC008597
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 宇宙線生成核種を用いた紀元前 660 年頃の宇宙線イベントの調査 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三宅芙沙・堀内一穂・櫻井敬久・望月優子・中井陽一・高橋和也・本山秀明・松崎浩之
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] BC5480 年宇宙線イベントにおける10Be と36Clの変動：ドームふじアイスコアからの証拠 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世・三宅芙沙・多田悠馬・堀内一穂・大谷昴・笹公和・高橋努・松村万寿美・落合悠太・望月優子・高橋和也・中井陽一・本山秀明・松崎浩之
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Ice core project in a high-accumulation dome, southeast Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Iizuka, S. Matoba, O. Seki, R. Uemura, K. Fujita, H. Matsui, S. Hattori, A Hori, H, Ohno, N. Oshima, A. Hashimoto, M. Niwano, T. Aoki, S. Fujita, S. Ishino, K. Horiuchi, H. Matsuzaki, A.T. Bautista VII, S. Adachi, T. Suzuki, T. Ando, F. Parvin, K. Kawakami
  • 学会等名: ISAR-6/Sixth International Symposium on Arctic Research
  • 国際学会
• [学会発表] Examination of 10Be in travertine sediment as a possible tool to reconstruct high-resolution past solar activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Hongyang Xu, Hiroko Miyahara, Limin Zhou, Kazuho Horiuchi, Hiroyuki Matsuzaki, Hailong Sun, Weijun Luo, Xiangmin Zheng, Yusuke Suganuma, Shijie Wang
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Variation of cosmogenic 10Be for cosmic ray event in ~5480 BC from Antarctic Dome Fuji ice core (2019)
  • 著者名/発表者名: Kayo Kanzawa, Fusa Miyake, Yuma Tada, Kazuho Horiuchi, Kou Ohtani, Kimikazu Sasa, Yuko Motizuki, Kazuya Takahashi, Yoichi Nakai, Hideaki Motoyama, Hiroyuki Matsuzaki
  • 学会等名: The 8th East Asia Accelerator Mass Spectrometry Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] SE-DomeⅡアイスコアにおける10Be年代決定の可能性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀内一穂
  • 学会等名: グリーンランド南東ドーム（SE-Dome）アイスコアに関する研究集会
• [学会発表] SE-Domeアイスコアから得られた2008年以降の一ヶ月解像度10Be記録 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀内一穂・坂下伶菜
  • 学会等名: グリーンランド南東ドーム（SE-Dome）アイスコアに関する研究集会
• [学会発表] ドームふじアイスコア中10Beと36Cl濃度の測定によるBC5480年宇宙線イベントの調査 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅澤佳世・三宅芙沙・多田悠馬・堀内一穂・大谷昴・笹公和・望月優子・高橋和也・中井陽一・本山秀明・松崎浩之
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Examination of 10Be in travertine sediment as a possible tool to reconstruct past solar activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Hongyang Xu, Hiroko Miyahara, Kazuho Horiuchi, Hiroyuki Matsuzaki, Hailong Sun, Weijun Luo, Xiangmin Zheng, Yusuke Suganuma, Shijie Wang, Limin Zhou
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Examination of 10Be in travertine sediment as a possible tool to reconstruct past solar activityII (2019)
  • 著者名/発表者名: Hongyang Xu, Hiroko Miyahara, Kazuho Horiuchi, Hiroyuki Matsuzaki, Hailong Sun, Weijun Luo, Xiangmin Zheng, Yusuke Suganuma, Shijie Wang, Limin Zhou
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Progress of Ultrasensitive Detection Techniques for the 6 MV multi-nuclide AMS System at the University of Tsukuba (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimikazu Sasa, Tsutomu Takahashi, Masumi Matsumura, Yuta Ochiai, Tetsuya Matsunaka, Aya Sakaguchi, Hangtao Shen, Keisuke Sueki
  • 学会等名: The 8th East Asia Accelerator Mass Spectrometry Symposium (EA-AMS 8)
  • 国際学会
• [学会発表] High-precision measurement of carbon-14 in tree rings around the onset of the Maunder Minimum (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Miyahara
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Variation of carbon-14 in tree rings around the onset of the Spoerer Minimum (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Miyahara
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] High-quality data acquisition for Frst-order reversal curve distributions: Reduction of noise and drift for alternating gradient magnetometer measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: 小田 啓邦、Roberts Philip Andrew、佐藤 哲郎、Hu Pengxiang、Zhao Xiang、Harrison John Richard、Heslop Christopher David、Muxworthy Richard Adrian
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Timing of climatic events for Termination II from O2/N2, δ18Oatm and CH4 records of the Dome Fuji ice core, Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu I., Kawamura K., Kitamura K., Orsi A., Parrenin F
  • 学会等名: The 10th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Timing of penultimate glacial-interglacial transition from gas measurements of the Dome Fuji ice core, Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu I., Kawamura K., Kitamura K.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Penultimate glacial-interglacial transition viewed from the Dome Fuji ice core, Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu I., Kawamura K., Kitamura K.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Cosmogenic Evidences for Past SEP Events (2019)
  • 著者名/発表者名: Fusa Miyake
  • 学会等名: 36th International Cosmic Ray Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 太陽ってどんな星 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮原ひろ子
  • 総ページ数: 160
  • 出版者: 新日本出版社
  • ISBN: 4406063676
• [図書] Extreme Solar Particle Storms: The hostile Sun (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Miyake. I.Usoskin, S. Poluianov
  • 総ページ数: 276
  • 出版者: IOP Publishing
  • ISBN: 978-0-7503-2232-4
• [備考] 堀内研のWeb Page
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~kh/
• [備考] 過去の太陽活動/宇宙線変動史を解明する新手法を開拓 ～白水台の石灰棚に残された過去の太陽活動変動～
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/42381.html
• [備考] 宮原ひろ子准教授の研究グループが過去の太陽活動／宇宙線変動史を解明する新手法を開拓
  • URL: https://www.musabi.ac.jp/news/20190620_03_01/
• [備考] 【プレスリリース】紀元前660年頃の宇宙線増加の詳細を解明（理工学研究科）
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/46410.html
• [備考] 紀元前660年頃の宇宙線増加の詳細を解明
  • URL: http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20200121_isee1.pdf