北極域の氷河暗色化と融解促進理解の新たなアプローチ．鉱物・微生物プロセスの研究

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K20443
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 永塚 尚子 国立極地研究所, 研究教育系, 特任研究員 (30733208)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 氷床上ダストの起源 / グリーンランドにおける氷河暗色化 / 雪氷微生物 / 氷床コア

研究実績の概要

グリーンランドの氷床氷河上に堆積する鉱物ダストの動態を明らかにし，それが氷河上の微生物生産や形成される暗色不純物（クリオコナイト）の生成量，および表面アルベド低下に及ぼす影響を評価することで，近年北極域で拡大する暗色化拡大メカニズム解明を目指す．
昨年度は，6-7月の1ヶ月間，グリーンランド北東部で現在進行している国際氷床コア掘削プロジェクト（EGRIP）に参加し，コアの掘削や処理作業を行なった．このコアには次年度分析予定のグリーンランド北西部のNEEM氷床コアと同程度の年代分の氷が保管されており，グリーンランド内での鉱物ダスト供給の空間分布を比較するためのよいサンプルとなると考えられる．さらに，現地では積雪ピット観測も行い，過去10年間にEGRIPサイトに飛来したダストおよびその他不純物のサンプリングを行った．走査型電子顕微鏡を用いて，これらの積雪に含まれる鉱物ダストの各年の季節ごとの観察を行なった結果，2010年から2014年にかけては鉱物の粒径，組成ともに大きな変化はなく，季節による違いも小さいことがわかった．一方で，EGRIPよりも標高の低い北西部沿岸域で掘削されたSIGMA氷床コア中の鉱物ダストと比較すると，同じ期間でもEGRIPの鉱物ダストは粒径が小さく（EGRIP平均：0.8-1.3μm，SIGMA平均: 1.0-2.6μm），また組成も異なり，EGRIPではSIGMAに比べてローカルな地質由来と考えられる鉱物が少ないことがわかった．これらの結果から，氷床内陸域と沿岸域では鉱物ダストの起源が異なり，内陸域に位置するEGRIPサイトには主に遠方由来の鉱物が供給されているのに対し，沿岸域ではそれに加えて氷床末端周辺の露岩域からも鉱物が供給されている可能性が明らかになった．
また，グリーンランド南西部の氷河上において表面融解水および氷河上ダストのサンプル採取も行なった．

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

おおむね順調に進行しているが，11月から3月にかけて走査型電子顕微鏡およびその付属の電子銃が故障してしまったため，予定していたクリオコナイト中の鉱物ダストの観察を行うことができなくなってしまった．

今後の研究の推進方策

（1）クリオコナイトの分析
本研究課題を進めるにあたって，今後はまず2012年以降にグリーンランド南西部および北西部で採取されたクリオコナイトと表面融解水の分析を行い，氷河表面における鉱物由来の溶存化学成分の分布と動態について明らかにする．分析は千葉大学および国立極地研究所においてX線回折解析装置を用いた組成分析，走査型電子顕微鏡を用いた形態観察およびエネルギー分散型X線分析検出器と電子後方散乱回折検出器を用いた表面成分分析，結晶組織分析を行うことにより，その組成を同定する．さらに総合地球環境学研究所において表面電離型質量分析計を用いたクリオコナイトのSr-Nd同位体分析を行い，鉱物についてはその起源，有機物については雪氷藻類が栄養塩（Ca）源として利用した鉱物の種類を推定する．

（2）アイスコアの分析
次に，今後暗色域への供給が予想される時代の鉱物の分析を行うことで暗色化拡大の将来予測を試みるため，氷床コアを用いた分析を行う．グリーンランド北西部のNEEMコア，および北東部のEGRIPコアを分析に用いる．ダスト濃度の異なる複数の時代の氷サンプルに含まれる鉱物ダストについて，クリオコナイトと同様の分析を行い，その起源と組成の変動について明らかにする．

次年度使用額が生じた理由

当初の予定ではグリーンランドでの野外調査はクリオコナイトの採取のみ行う予定であったが，急遽，国際氷床コア掘削プロジェクトにも参加することとなり，旅費がプロジェクト支給となったため．翌年度分のグリーンランド調査費，走査型電子顕微鏡の電子銃交換費，分析用の消耗品，現在執筆中の論文の英文校正費および投稿費として使用する予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Spatial variations of Sr-Nd isotopic ratios, mineralogical and elemental compositions of cryoconite in an Alaskan glacier. Annals of Glaciology (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka, N., Takeuchi, N., Shin, K., and Nakano, T.
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 59 ページ: 147-158
  • DOI: 10.1017/aog.2019.2
• [雑誌論文] Bacterial community changes with granule size in cryoconite and their susceptibility to exogenous nutrients on NW Greenland glaciers (2019)
  • 著者名/発表者名: Uetake Jun、Nagatsuka Naoko、Onuma Yukihiko、Takeuchi Nozomu、Motoyama Hideaki、Aoki Teruo
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Ecology 巻: 95 ページ: fiz075
  • DOI: 10.1093/femsec/fiz075
  • 査読あり
• [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., 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
• [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, W., Nagatsuka, N., Homma, T., Takata, M, Goto-Azuma, K., Weikusat, I., Drury, M. R., Kuiper, E.-J. N., Mateiu, R. V., Azuma, N., Dahl-Jensen, D., Kipfstuhl, S
  • 雑誌名: Bulletin of Glaciological Research 巻: 37 ページ: 31-45
  • DOI: 10.5331/bgr.19R01
  • 査読あり
• [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. and Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [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: The North-East Greenland Ice Stream (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: 日本雪氷学会雪氷研究大会
• [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. and Dahl-Jensen, D.
  • 学会等名: 極域科学シンポジウム
  • 国際学会