過去600万年間にわたる大気中二酸化炭素濃度と気候の相互作用の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H05595
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山本 正伸 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60332475)
• 研究分担者: 吉森 正和 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (20466874) ; 阿部 彩子 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (30272537) ; 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648) ; 入野 智久 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (70332476)
• 研究期間 (年度): 2019-06-26 – 2024-03-31
• キーワード: 二酸化炭素 / 温室効果 / C4植物 / 氷期間氷期変動 / 気候変動 / 海底コア / 長鎖脂肪酸 / 同位体

研究実績の概要

温室効果は地球表層の温度を決める重要な要素である．大気中CO2濃度の連続的な測定は1957年以降であり，過去のCO2濃度を復元することは，地球の気候の歴史を考えるうえで極めて重要である．本研究では，長鎖脂肪酸炭素同位体比を用いた独自の手法により，大気中CO2濃度が過去600万年間の最高値が300 ppm前後にすぎないこと，350万年前から250万年前にわたり長期的に低下したこと，CO2濃度が190 ppm前後に低下したタイミングで40万年から4万年に変動周期が変調したことを明らかにした．CO2濃度の長期的低下は太平洋深層水の酸化の進行と同調しており大気海洋系の炭素総量が減少したことによると考えられる．270万年前以降は最近数万年間と同じ様式のCO2濃度変動が続いており，氷期に海洋成層化が強まり深海に炭素が隔離されたとする「成層化仮説」により説明できる．600万年前から330万年前のCO2濃度の40万年周期変動は，円石藻の形状やアルケノン濃度の変動と共通の特徴を持っており，海洋表層での炭酸カルシウム生産量が重要であるとする「アルカリポンプ仮説」により説明できる．本研究では過去600万年間のCO2濃度変動を連続的に始めて明らかした．とくにCO2変動の形態（周期，振幅，位相）が時代により異なることが分かったことは地球の炭素循環に関わる重大な発見である．地表の境界条件の変化が地球システム内でのCO2の挙動を変化させた可能性が想像できる．本研究で得られた過去600万年間の大気中CO2濃度記録は，従来の過去80万年間のアイスコア気泡のCO2濃度記録をはるかに超えており，過去の環境変動・気候変動の原因を考察するうえで不可欠なデータである．IPCCでの地球環境予測評価等，地球環境研究において広範囲に活用されることが予想される．

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 山本正伸過去の大気中二酸化炭素濃度を復元する試み（2016年度有機地球化学賞受賞記念総説） (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本正伸
  • 雑誌名: Researches in Organic Geochemistry 巻: 39 ページ: 1-12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple episodes of ice loss from the Wilkes Subglacial Basin during the Last Interglacial. (2023)
  • 著者名/発表者名: Iizuka, M., *Seki, O., Wilson, D. J., Suganuma, Y., Horikawa, K., van de Flierdt, T., Ikehara, M., Itaki, T., Irino, T., Yamamoto, M., Hirabayashi, M., Matsuzaki, H., Sugisaki, S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 2129
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37325-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amplified surface warming in the south-west Pacific during the mid-Pliocene (3.3-3.0 Ma) and future implications. (2023)
  • 著者名/発表者名: Grant, G. R., Williams, J. H. T., Naeher, S., Seki, O., McClymont, E. L., Patterson, M. O., Haywood, A. M., Behrens, E., Yamamoto, M., and Katelyn Johnson, K.
  • 雑誌名: Climate of the Past 巻: 19 ページ: 1359-1381
  • DOI: 10.5194/cp-19-1359-2023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Towards a Cenozoic history of atmospheric CO2. (2023)
  • 著者名/発表者名: Cenozoic CO2 Proxy Integration Project (CenCO2PIP，関宰がプロジェクトメンバー) Consortium
  • 雑誌名: Science 巻: 382 ページ: 1136
  • DOI: 10.1126/science.adi517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Astronomical forcing shaped the timing of early Pleistocene glacial cycles (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Yasuto、Abe-Ouchi Ayako、Saito Fuyuki、Kino Kanon、O’ishi Ryouta、Ito Takashi、Kawamura Kenji、Chan Wing-Le
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 4 ページ: 113
  • DOI: 10.1038/s43247-023-00765-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Reconstruction of atmospheric CO2 concentration over the past 1.5 million years based on leaf wax (long-chain n-fatty acid) carbon isotope record from the Bay of Bengal. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M., Clemens, S., Irino, T., Seki, O., Tsuchiya, Y., Huang, Y., O’ishi, R., Abe-Ouchi, A.
  • 学会等名: XXI INQUA Congress 2023
  • 国際学会
• [学会発表] CO2 reconstruction based on Indian C3/C4 vegetation changes over the past 1.46 million years. PMIP (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M., Clemens, S., Irino, T., Seki, O., Tsuchiya, Y., Huang, Y., O’ishi, R., Abe-Ouchi, A.
  • 学会等名: Beyond EPICA seminar series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 古気候モデリングを通して考える．北極域温暖化増幅のメカニズム． (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉森正和
  • 学会等名: 東京大学大気海洋研究所研究集会「古気候研究におけるプロキシとモデルの融合: 温暖期の気候変動について」.
• [学会発表] 古気候モデリングを通して考える．気候感度と北極域温暖化増幅． (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉森正和
  • 学会等名: CPS-ABCワークショップ「地球型惑星の気候を地球古気候研究から考える」
  • 招待講演
• [備考] 過去600万年間にわたり大気中二酸化炭素濃度と気候の相互作用の解明
  • URL: https://pablos.ees.hokudai.ac.jp/yamamoto/project/KakenSCO2.html