2022 Fiscal Year Research-status Report
シャコガイ殻の日輪計測と炭酸凝集同位体法による1000万年間の地球自転速度の復元
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20K20932
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
渡邊 剛 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80396283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 敦子 名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (40723820)
駒越 太郎 特定非営利活動法人喜界島サンゴ礁科学研究所, 研究部門, 研究員 (90868407)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 自転速度 / シャコガイ殻 / 炭素凝集同位体分析 / 成長線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は昼と夜に貝殻を開閉し太陽日輪を刻むシャコガイ殻化石を用いて、過去1000万年間の地球の自転速度を復元することを目的とする。1)シャコガイ 殻の太陽暦(日・年)キャリブレーション、2)化石シャコガイ試料の採取と年代測定、3)現生および化石の成長線解析と炭酸凝集同位体分析を行い、シャコガイ殻に記録される公転周期の中に、日輪が何本刻まれているかを計測し、過去の自転速度を復元する。本研究は世界初の地球自転計を目指すものであり、その成果は化学分析の必要ない新しい年代決定法の開発や古代天文暦の謎を解明するなど多分野への強い波及効果が期待される。地球の自転速度は地質時代を通じて海水やマントルと地殻の密度の差による摩擦力により減速しているとされているが、有史以前は自転速度を見積もることのできる観察記録が存在しない。また、過去の自転速度を直接的に復元する方法はなかった。現在の地球の条件では自転周期と原子時計にズレが生じ、約500日に1秒の閏秒が挿入される。自転速度の変化は、”海洋にかかる遠心力を変化させ地球の海水準を変動させる”、”地殻の扁平率を減少させ地球表面の日射量を増大させる”、”プレート運動の歪みを増大させ地震を発生させる”など、地球の気候変動や地殻変動への影響が示唆されているが、地球史を通じた過去の自 転速度の直接データは存在せず地球環境変動との相互関係はこれまで議論されていない。本年度は年代が先行研究で明らかになっている後期中新世（10Ma）、更新世のシャコガイ化石試料（MIS10b, MIS3b）の酸素・炭素安定同位体比の測定並びに成長線解析を実施した。また、炭素凝集同位体比測定のために、現在装置の測定繰り返し誤差の確認のための基礎実験を進めている。水温計作成のために、現生及シャコガイ試料の水温記録下で飼育を継続して行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
後期中新世（10Ma）のシャコガイ化石試料は、最大成長軸に沿って2枚の切片を切り出し、1片を地球化学分析用（酸素炭素安定同位体比、微量元素濃度（Sr/Ca比, Mg/Ca比, Ba/Ca比）、もう1片を薄片に加工して成長線解析を行った。酸素安定同位体比はそれぞれ25、7年の年変動を示し、薄片からは成長線の本数・幅の計測を行うことができた。地球化学分析用の切片の切削部分と薄片の成長線計測部位と位置を合わせて比較することで、化学分析結果に成長線の何本目に相当するか明らかにできる。酸素同位体比の年変動中に、含まれる成長線（＝日輪、日数）の本数を計測した。
また、更新世のシャコガイ化石試料（MIS10b, MIS3b）の酸素・炭素安定同位体比の測定並びに成長線解析を実施した。成長線の解析には、殻の切片に480nmの紫外線を用いた蛍光顕微鏡を用いることで、成長線を明確に認識することができた。蛍光顕微鏡で観察することで薄片を作成するより簡便に、シャコガイの成長線（＝日輪）が観察できることが明らかになった。一方、個体により成長線の明瞭度に違いが生じており、紫外線で成長線の何が蛍光を生じるのか、サンゴ骨格で報告されるように海中の腐食物質の量が関係しているのかなど、正確な要因の検討が必要である。酸素・炭素安定同位体比の測定を継続しており、現時点、2試料でそれぞれ2年分の年周期を確認した。蛍光顕微鏡で切片の成長線を観察することで、化学分析用の切削面に存在する成長線を直接計測できるため、成長線と化学分析の結果を比較することより容易に行うことが可能になった。現在、酸素炭素安定同位体比の測定の継続と成長線の計測を継続している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)シャコガイ殻の太陽暦キャリブレーション：
シャコガイ殻の日輪形成のタイミングと日輪幅の変動要因を明らかにするため、長期飼育実験により殻の開閉とその継続時間を動体センサーで捉え飼育期間中の殻の日輪数と日輪幅を直接比較する。採取したシャコガイの飼育は本年度も継続し次年度に軟体部を速やかに 除去し殻を最大成長軸に沿って切断し薄片を作成予定である。光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡を用いて殻の日輪数と日輪幅を計測し、運動記録および環境記録と比較することで日輪および年輪形成を決定する要素の補正を行う。
2)化石シャコガイ試料の採取と年代測定:
日輪幅の変化により形成される年輪と炭酸カルシウムである殻の炭酸凝集同位体による水温の年変動を比較して年周期を得る。試料の薄片および電子顕微鏡観察、鉱物組成分析により続成過程の影響を検討し、殻形成時の初生値が保存された地球化学的分析用の試料を選別する。微化石群集組成、放射性炭素年代により化石試料の年代を決定する。
3)現生および化石の成長線解析と炭酸凝集同位体分析:
中期中新世(1000万年前)、後期中新世(500年前)、中期鮮新世(350 万年前)、後期更新世(6万年前)、完新 世(6千年前)、現生のシャコガイ殻を用いて、殻に記録される年周期すなわち公転周期の中に、日輪が何本刻まれているかを計測し過去の自転速度を復元する。 現在飼育しているシャコガイは、水温・照度ロガーを設置しており、薄片観察および殻の化学分析用から、年輪観察と炭酸凝集同位 体温度計を用いた絶対水温の年周期から、殻に刻まれる公転周期(一年間)を明らかにする。必要なシャコガイ殻試料が揃いつつあるため、上記のとおり遅延している年代測定と成長線解析を進め、復元される水温の一年周期の間に含まれる日輪の数から年間の日数の平均を求め、各年代で比較し地球の自転の減衰速度を見積もる。
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| Causes of Carryover |
2022年度も8月、12月と新型コロナウイルス感染症の流行により、酸素炭素安定同位体比など大型機器を必要とする分析に際して、共同研究者が北海道大学へ出張が実施できないなど支障が生じ計画に遅延を生じた。次年度使用では、未測定となっている化石試料の化学分析を継続して実施する予定である。また、水温・照度ロガーを設置し飼育している現生シャコガイ殻の薄片観察および化学分析用から、年輪観察と炭酸凝集同位 体温度計を用いた絶対水温の年周期から、殻に刻まれる公転周期(一年間)を明らかにする。これらの結果から、各年代での年間の日数の平均を算出する。各々時代層準から算出したシャコガイ殼の酸素同位体比の測定と日輪幅の計測を行う。そのための必要な液体窒素や消耗品、計測ソフトを購入する。
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Research Products
(39 results)
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[Presentation] Coral records support upwelling in the Arabian Sea is weakening during the current warming era2022
Author(s)
Watanabe, T. K., Watanabe, T., Pfeiffer, M., Hu, H.-M., Shen, C.-C., Yamazaki, A.
Organizer
ICRS 2022 - 15th International Coral Reef Symposium
Int'l Joint Research
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