南極氷床コア分析と気候モデリングに基づく氷期・間氷期の気候変動メカニズムの解明

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21671001
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 川村 賢二 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (90431478)
• キーワード: 気候変動 / 南極氷床コア / 古気候 / 氷期・間氷期 / 温室効果ガス / 物質循環 / 環境変動

研究概要

氷床コア分析に関しては、国立極地研究所における空気抽出・分析装置の改良と試験を継続実施した。研究協力機関の一つである東北大学が所有する気体解析設備が震災の被害を受けたので、その復旧や精度確認等を実施した。年代決定のためのO_2/N_2分析については、東北大学の現有装置を復旧することと平行して、国立極地研究所が所有する質量分析計を本研究に使用できるよう調整し、良好な精度が出せるまでに至った。南極ドームふじ近傍において採集したフィルン空気については、窒素と希ガスの分析を実施するための分割手法や分析手法の開発を実施した。当初計画以上の進展事項として、これらの分析に加えて、CH-4循環メカニズムの解明のため、最終間氷期から現在にかけてのCH濃度と水素・炭素同位体比の分析を実施し、気候変動に伴うCH-4放出源強度の変動を推定した。
氷床コアの年代決定については、O_2/N_2データによる深度一年代の束縛点を確立し、その間は直線内挿する簡易的な手法により、70万年間のO_2/N_2年代を構築した。この年代を元にしたデータ解析(気温時系列復元と、退氷期と軌道要素変動との統計検定)を実施した。その結果、歳差の効果が地軸傾斜角の効果より有意に退氷期と関連していたことが分かった。これは、地軸傾斜角が中心であるとする近年影響力のある説を覆す結果である。また、氷床コア年代を海底コアに移す手法の開発も実施した。
気候・氷床モデルでは、CO_2濃度を不変とした感度実験を多数実施し、各種の軌道要素に対する氷床の応答周期を、特に10万年周期に着目して調べた。その結果は、ドームふじ氷床コアのデータから導かれた結果(上記)と整合的であった。また、氷期や間氷期といった異なる気候条件における淡水流入実験を多数実施し、ドームふじコアの気温指標と合わせ、過去70万年間の千年スケール変動と氷期サイクルとの関連について議論を進めた。

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

共同研究機関の設備に震災の影響があり、温室効果気体濃度の分析計画を変更したが、分析設備は比較的速やかに復旧したうえ、当所の計画に加えて温室効果気体の同位体の分析も実施した。極地研における分析装置の開発も計画以上の項目について進めている。また、コアの年代決定、気候・氷床モデル実験も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

ドームふじコアの気体成分の分析を継続する。各気体により必要とされる分解能や最適な空気抽出方法が異なるため、複数ある設備を最適に稼働させる。また、データを共同研究者と共有して議論し、分析計画にフィードバックすることで、必要なデータを効率よく取得する。フィルン空気試料を分析し、現在のフィルンにおける空気の分別過程や取り込み過程に関するプロセス研究を進める。O_2/N_2データを用いた年代決定の計算手法を確立し、過去7回の退氷期の開始の年代を推定する。退氷期と軌道要素変動との関係における統計的有意性を検定するとともに、気候や物質循環、軌道要素の変動の順序を確立する。また、気候・氷床モデルによるシミュレーションを70万年に拡張し、氷期サイクルやの間氷期の持続期間の決定要因を考察する。

研究成果

• [雑誌論文] Gas transport in firn : multiple-tracer characterisation and model intercomparison for NEEM, Northern Greenland (2012)
  • 著者名/発表者名: C.Buizert, P.Martinerie, V.V.Petrenko, J.P.Severinghaus, C.M.Trudinger, E.Witrant, J.L.Eosen, A.J.Orsi, M.Kubino, D.M.Etheridge, L.P.Steele, C.Hogan, J.C.Laube, W.T.Sturges, V.A.Levchenko, A.M.Smith, I.Levin, T.J.Conway, E.J.Dlugokencky, P.M.Lang, K.Kawamura, T.M.Jenk, J.W.C.White, T.Sowers, J.Schwander, T.Blunier
  • 雑誌名: Atmos.Chem.Phys. 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new multi-gas constrained model of trace gas non-homogeneous transport in firn : evaluation and behavior at eleven polar sites (2011)
  • 著者名/発表者名: Witrant, E., Martinerie, P., Hogan, C, Laube, J. C, Kawamura, K., Capron, E., Montzka, S.A., Dlugokencky, E.J., Etheridge, D., Blunier, T., Sturges, W.T.
  • 雑誌名: Atmos.Chem.Phys.Discuss. 巻: 11 ページ: 23029-23080
  • DOI: 10.5194/acpd-11-15975-2011
• [雑誌論文] 過去における地球規模の気候変動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 雑誌名: 環境技術 巻: 40 ページ: 206-211
• [学会発表] ドームふじ氷床コアの年代補正モデルの適用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木香寿恵
  • 学会等名: アイスコアコンソーシアム・先進プロジェクト研究集会「氷床コアからさぐる第四紀の地球気候変動史」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] ドームふじコア代表論文に係る現況 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: アイスコアコンソーシアム・先進プロジェクト研究集会「氷床コアからさぐる第四紀の地球気候変動史」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] ドームふじコアガス研究にかかる研究進捗と今後の計画 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: アイスコアコンソーシアム・先進プロジェクト研究集会「氷床コアからさぐる第四紀の地球気候変動史」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] 南極氷床コアの年代決定モデルの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木香寿恵
  • 学会等名: 新領域融合プロジェクト2011年度末研究集会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-02-13
• [学会発表] Multi-millennial-scale climatic variations in Antarctica and their relation with orbital changes for the last eight glacial periods (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kawamura
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ(アメリカ)
  • 年月日: 2011-12-09
• [学会発表] 氷床コアの高分解能ガス分析システムの構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高村近子
  • 学会等名: 第2回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 氷期における極域気温増幅:氷床の規模および形状への依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部彩子
  • 学会等名: 第2回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 気泡空気の酸素濃度を用いたドームふじ氷床コアの正確な年代決定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 第2回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 過去8回の氷期における数千年スケールの南極気候変動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 第2回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 南極氷床への対流圏大気輸送とSAM(AAO)の関係 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木香寿恵
  • 学会等名: 第2回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] Characteristics of correlation between climate and environmental elements from past 720,000 years in Dome Fuji ice core, Antarctica (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Motoyama
  • 学会等名: WCRP Open Science Conference
  • 発表場所: デンバー(アメリカ)
  • 年月日: 2011-10-26
• [学会発表] Spatial distribution of air origin to the Antarctic and its relationship with SAM in 1990-2009 (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki
  • 学会等名: WCRP Open Science Conference
  • 発表場所: デンバー(アメリカ)
  • 年月日: 2011-10-24
• [学会発表] Spatial and temporal snow accumulation at East Antarctic ice sheet in 1993-2010 (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Motoyama
  • 学会等名: WCRP Open Science Conference
  • 発表場所: デンバー(アメリカ)
  • 年月日: 2011-10-24
• [学会発表] 東南極氷床の表面質量収支その二-2010年の場合- (2011)
  • 著者名/発表者名: 本山秀明
  • 学会等名: 雪氷研究大会
  • 発表場所: 長岡
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] 南極氷床コアに記録された氷期における数千年スケールの気候変動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 雪氷研究大会
  • 発表場所: 長岡
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] ドームふじ氷床コアのO_2/N_2年代から見た間氷期のタイミングと長さ (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 日本第四紀学会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2011-08-27
• [学会発表] Timing and duration of the last four interglacial periods in marine δ18O constrained by the Dome Fuji ice core, Antarctica (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kawamura
  • 学会等名: INQUA Congress
  • 発表場所: ベルン(スイス)
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] 南極ドームふじ氷床コアのO_2/N_2年代による北大西洋の海底コア年代の束縛 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 2011-05-26
• [学会発表] 南極域への対流圏大気輸送の輸送メカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木香寿恵
  • 学会等名: 日本気象学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-05-21
• [学会発表] 氷床コアから見た南北気候のつながり (2011)
  • 著者名/発表者名: 川村賢二
  • 学会等名: 日本気象学会春季大会シンポジウム「変動する地球気候の鍵-南極・北極-」
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-20
• [図書] 極地研ライブラリーアイスコア～地球環境のタイムカプセル～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤井理行、本山秀明、東久美子、飯塚芳徳、伊村智、植村立、川村賢二、神田啓史、河野美香、藤田秀二、堀内一穂、三澤啓司、望月優子
  • 総ページ数: 242
  • 出版者: 成山堂書店
• [備考]
  • URL: http://polaris.nipr.ac.jp/~icc/NC/htdocs/
• [備考]
  • URL: http://polaris.nipr.ac.jp/~kawamura/