【研究分野】地質学

【研究領域課題番号】16H02235 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

石筍 / 古気候 / 炭酸凝集同位体 / 流体包有物 / 完新世 / トゥファ / 安定同位体 / 微量元素 / 炭酸凝集同位体温度計 / 第四紀 / 凝集同位体

【研究成果の概要】

新規同位体（炭酸凝集同位体と流体包有物同位体）を適用することで，日本国内から採集した石筍とトゥファを用いて定量的古気候解析を行った。国内での適用が遅れていた炭酸凝集同位体については分析システムを九州大学で構築し，国内で初めてΔ47ー温度換算式を提示することができた。炭酸凝集同位体と流体包有物同位体は広島県・三重県・沖縄県で採集された石筍に対して適用され，酸素同位体比が持つ温度成分と降水量成分を分離するなどの成果を得た。これにより，石筍に記録された気温情報は中期完新世は現在より温暖であることもわかった。また，中国での先行研究で示された酸素同位体比と降水量の相関は日本の試料では確認されなかった。

【研究の社会的意義】

本研究の目的の１つに，現在より温暖な時期を特定し，その期間の気候情報を復元することで，温暖化地球での自然災害の規模を頻度の予測につなげることにある。広島県や三重県の分析結果からは８~５千年前の中期完新世の気温が産業革命時よりも３℃ほど高かったことを示す。この時期の降水量については定量性に乏しいものの現在よりやや多いと考えられ，温暖化地球での水害の規模と頻度も増加すると予測される。また，本研究では炭酸凝集同位体や赤外線レーザー分光法などの技術的な革新も生まれ，国内の古気候研究の発展に寄与する成果も生まれた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】47,710千円 (直接経費: 36,700千円、間接経費: 11,010千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】15H01729 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

氷期 / 鍾乳石 / 石筍 / 流体包有物 / 安定同位体比 / 気温変動 / アジアモンスーン / 古気候 / 安定同位体 / 気候変動 / 同位体 / 沖縄 / 第四紀 / 古気候学 / 最終氷期

【研究成果の概要】

分析手法は、乾燥・破砕・データ処理プロセスの自動化と改良等により簡略化することができた。また、予期していなかった前処理時の加熱による同位体再平衡の問題を発見し、この効果を定量的に見積もることで、今後の解析に重要な基礎的知見を得た。洞窟観測と石筍採取は、ほぼ計画通りに実施できた。気候復元に向けた分析は分析計の故障により遅れたものの、期待していた最終退氷期における連続的な流体包有物の同位体比データは取得することができた。また、降水の酸素17に関する新しい知見も得られた。沖縄の鍾乳石からは、最終氷期最盛期からベーリングアレレード温暖期にかけての温暖化を示す定量的な気温データを初めて得ることができた。

【研究の社会的意義】

気候変動のメカニズムを理解するためには、長期間のデータが必要である。陸域の気候変動の記録媒体として鍾乳石は重要だが、定量的な気候復元は困難であった。本研究では、鍾乳石に閉じ込められた流体包有物の同位体比に注目して、過去の気温変動の定量的な復元を目指した研究を実施した。分析手法の地道な改良と検証実験により流体包有物の同位体比がほとんど変質を受けずに過去の降水の情報を保存していることが分かった。この結果は今後の鍾乳石の流体包有物研究の基礎的な知見として意義がある。また、沖縄の鍾乳石からは、最終氷期最盛期から現在の間氷期にかけての温暖化が開始する際の定量的な気温データを初めて得ることができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】地質学

【研究領域課題番号】25287131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

石筍 / 古気候 / 安定同位体 / 微量元素 / トゥファ / 完新世 / アジアモンスーン

【研究成果の概要】

人口が集中する温帯～亜熱帯の長期的古陸域気候媒体として石筍は優れた題材である。本研究では気候条件が異なる国内の４地点（広島県神石高原町・新潟県糸魚川市・岐阜県郡上市・三重県大紀町）で採集した石筍を題材に，高解像度の古気候プロキシの分析を行った。その結果，1) Sr同位体比が涵養地での風化プロセスの変化を反映すること，2) 糸魚川市の石筍酸素同位体比が完新世における冬期降水量の変動を記録していること，3) 郡上市と大紀町の石筍が数千年周期の変動（Heinrich events) を記録していること，4) 大紀町の酸素同位体変動が気温変動の成分を含むことなどの知見が提示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)

【研究分野】地質学

【研究領域課題番号】23403014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

動物進化 / 新原生代 / 安定同位体 / 海綿動物 / 炭素循環 / 全球凍結 / 微量元素 / 古気候

【研究成果の概要】

新原生代に起こった多細胞動物の進化と気候激変を関連づけるために，中国・ブラジル・スペインでエディアカラ系の堆積岩を調査し，岩石・化石試料を採集した。その結果，貴州省において未記載の海綿骨片化石を，ブラジル国バーイア州では骨片を持たない海綿動物と思われる化石を発見した。後者に共産する直径4mmほどの球形構造はおそらく海綿動物の卵であると考えられる。炭素同位体層序の結果は，これらの海綿動物化石がエディアカラ紀前期のものであることを示す。この時期の地球表層は酸素に乏しく，海水には大量の有機物が懸濁していた。海綿動物はこの海洋条件に適応するため，固着性の濾過栄養動物として進化したと考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)

【研究分野】地質学

【研究領域課題番号】12640443 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トゥファ / 炭酸塩 / 古気候 / 安定同位体 / 微量元素 / シアノバクテリア / 炭酸塩堆積物

【研究成果の概要】

温帯〜亜熱帯地域の陸域古気候を定量的しかも高解像度で解析するために,トゥファは将来性のある試料であると言える.トゥファは石灰岩層地下水系より湧出した水から沈殿した炭酸塩堆積物である.科学研究費補助金の支給を受けて,研究代表者の研究グループは,1.いくつかのトゥファ堆積場において採集した水試料や堆積物試料を分析・観察し,トゥファの堆積機構を明らかにするとともに,トゥファの縞状組織は水温変化を反映した方解石の沈殿速度の季節的変化が原因で発達することを示した.また,2.トゥファの堆積に何らかの影響を及ぼすシアノバクテリアのバイオマスについても検討し,方解石の沈殿がシアノバクテリアの光合成により誘導されたとは言えないことも示した.さらに,3.トゥファ堆積物では水との間で,酸素炭素安定同位体比やMg/Ca比について平衡が成立していることが確かめた.
これらの成果を受けて,愛媛県城川町と岡山県新見市などから採集したトゥファ堆積物を用いた気候解析が実践し,まず,4.酸素炭素安定同位体比について検討した結果,水温の季節変化に支配されるδ^<18>Oは極めて規則的(夏に低く,冬に高い)に変化することを判明した.また,5.トゥファから降雨イベントの回数と時期が読み取れることを見出した.岡山県新見市のなどの縞状トゥファ試料には「年縞」のほかに,褐色を呈する幅0.1mmオーダーのバンドが認められる.この褐色バンドはSiやAlのX線強度曲線のピークと一致し,層位学的に対比すると,褐色バンドは降雨イベントの時期に一致することが判明した.
本研究により,トゥファの生成条件,縞状組織の生成機構,古環境解析法について,あらたな知見が数多く得られ,古環境研究の題材としてのトゥファの重要性が確認されることになった.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】12573015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カムチャッカ半島 / 気候変動復元 / 地球熱学 / 孔井内温度 / 地下水流動 / 安定同位体 / 標準年輪曲線 / 地球温暖化 / 気候変動 / 地下温度 / 年輪年代学 / 極東地域 / 古気候 / 地下温度勾配 / カムチャッカ

【研究成果の概要】

カムチャッカ半島において、地球熱学と年輪年代学という2つの独立した手法により、過去数百年間の気候変動を復元する研究を行った。
地球熱学の手法による研究としては、2000年?2002年に3回にわたり現地調査を行い、北緯53度付近の10本の掘削孔で孔内温度分布を繰り返し計測した。うち6本の孔井について過去の地表面温度変動を求めることができ、いずれの点でも最近50?100年の間に地表面温度が1?2K上昇したことが推定された。また、小型水温計を用いて3本の孔井内で長期温度計測を行った結果、孔内の水の小規模な対流や地下水の流れの季節変動を示唆するデータが得られた。さらに、温度計測を行った孔井内の地下水、及び周囲の河川水を採取し、安定同位体比・水質を測定した。その結果に基づいて、調査地域の地下水流動系の特性を明らかにし、地下水流動が孔内温度分布と気候変動推定に与える影響の評価を行った。
年輪年代学の手法によっては、2000年の予備調査と2001年の現地調査で半島中部のクロノツキー地域から採集したカラマツ55個体の試料から、同地域を代表する422年間の標準年輪曲線を構築した。気象観測データとの比較により、この年輪曲線は初夏気温に対し有意な相関を示すが、降水量には相関していないことが判明した。この結果に基づき西暦1624年までの初夏の気温を復元したところ、過去130年間の顕著な温暖化と全期間にわたる数十年周期の変動とが認められた。長期的な変動パターンは、孔内温度分布の解析結果と整合的である。
この他、韓国と琵琶湖岸の計4本の掘削孔においても温度分布を計測し、地表面温度変動の復元を行った。韓国では近傍での気温の実測データと整合的な結果が、琵琶湖岸では過去数千年の湖水の変動に対応すると思われる変動パターンが求められた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】14,900千円 (直接経費: 14,900千円)