学
論
文
極
氷床
中
金属
解析
気候変動
元
2015
3
山形大学大学院理工学研究科
学
論
文
極
氷床
中
金属
解析
気候変動
元
2015
3
山形大学大学院理工学研究科
要旨
近 大気中 CO2 代表 温室効果 増 温暖 地球環境や気候
諸問題 い 国際的 関心 高 い 環境や気候 関わ 観測 多数
実施 将来的 環境変動や気候予測 必要 数値 検証材料
注目 い 観測機器 用い 現 気象 気候 解析 数十 程
度 時間 い 長期的 変動 理解 困 あ
過去 長期変動 解析 時間 大 環境 気候 解析 数多
く 中 氷床 他 気候記録 比較 時間 解能 極 高
く 過去数十万 連 的 得 いう特 あ
氷 解析結果 過去 気候 環境 元 試 多数行わ い
中 氷 中 金属 気候変動 密接 関わ あ 供給源や環
境 知 重要 要素 一 あ 氷 中金属 い 溶存 ン
種 解析 主 研究 一方 氷 中 金属 い 溶性金属 重
要性 指摘 い 氷 中金属 研究 溶存 測
十 あ 溶性粒子 測 重要 溶性金属 い 濾過捕集粒子中
金属 測 や酸可溶 測 行わ い 粒状物全 測 方
法 十 あ 研究 波酸 解法 用い 氷
中 粒状物 全 解 全金属濃度 測 気候 環境変動 元
目的 特 大気 環や 水準 変動 大 く関わ 鉱物 塩粒
子 ッ 量的評価 金属組 影響 及 供給源 変遤 環
境変動 評価 目的
得 金属全農度 鉱物 塩 ッ 算
出 結果 氷期最寒期 鉱物 ッ 氷期
著 く大 値 示 間氷期 4.9倍 示 一方 塩 ッ 氷
ッ 変動 塩 著 く大 示唆 い
塩 極 近い 洋 供給 氷期-間氷期 いう時
間 大 く変 考え 塩 輸送
気候変動 伴う大 気象条件 変 く 短い時間 現象 影響 強
く い 示唆 各氷期 最寒期 極氷床 供給 鉱物
ッ 増大 水準 伴う陸域面積 大 乾燥寒冷
伴う乾燥地域 大 増 子午面 環 強 考え
Na 除く全 金属元素 氷期 EFcr 1 近い値 示 地殻起源 影響
大 わ Mg Ca ACR 一部 間氷期 均地殻組 や
均 水組 異 組 示 明 ACR い 通常 異
供給源や供給過程 供給 い 可能性 示唆 間氷期 各元
素 EFcr 高い値 示 温暖湿潤 環境 学風 細粒 地殻起源
供給 い 可能性 示 EFcrFe 特 温暖 あ IG4 IG2
高い値 示 比較的 学風 影響 くいFe 特性 考
え EFcrBa MBE前 後 問 わ 間 氷 期 高 い 値 示 対 EFcrSr
EFcrMn MBE以前 間氷期 1 近い値 示 いう変動 ン 変 見
底堆積物 記録 MBE 境 粒 変動 ン 変
指摘 い 氷 中 金属 学組 変動 ン
目次
1. 序論 ... 1
1.1. 気候 環境プ 氷床 中 ... 1
1.2. ン ン 氷床 ... 3
1.3. 極氷床 ... 4
1.4. 深層 掘削計画 ... 5
1.5. 氷 中 溶性金属 重要性 ... 6
1.6. 研究目的 ... 7
2. 析方法 ... 8
3. 氷 代 ... 9
4. 酸素 体比変動 気候区 ... 10
5. 鉱物 塩粒子 ッ 変動 元 ... 11
5.1. ... 11
5.2. 結果 考察 ... 11
5.3. ... 17
6. 金属 学組 変動 示 気候 ... 18
6.1. ... 18
6.2. 結果 考察 ... 18
6.3. ... 23
7. 結論 ... 25
参考文献 ... 39
1
1.
序論
1.1. 気候 環境プロキシと て 氷床コア中エアロゾ
近 大気中 CO2 代表 温室効果 増 温暖 地球環境や気候
諸問題 い 国際的 関心 高 い 現 環境や気候 関わ 多く
観測 実施 様々 測器 観測や船舶観測 衛 観測 的
得 い 計算機 用い 数値予測 近 急速 発遉 い
う 気候 観測 理解 深 将来的 環境変動や気候予測 必要 数値
検証材料 注目 い 先 挙 観測 数十 程
度 時間 い 長期的 変動 理解 困 あ
過去 長期変動 解析 時間 大 環境 気候 解析 数多
く 気候記録 底 固 堆積物や樹木 ン 様々
あ 研究 極地 氷床 扱う 氷床 他 気候記録 比較
時間 解能 極 高く 過去数十万 連 的 得 いう特 あ
極大陸 過去 雪 降 積 密 凍 大規模 氷床 覆わ い
氷床 氷床 試料 得 最 80万 前
道 気候 解析 極 重要 い 氷床中 雪 共
過去 大気や 洋 地殻 火山 生物 地球 様々 場所 起源 物質 宇
塵や 石 い 宇 起源 物質 多く 保存 い 環境 気候
解析 々 過去 気候や環境 知
地球 太陽放射 熱 ネ 緯度 異 熱的 均衡
異 気 帯 生 気 差 大気 環 熱的 均衡 解消 う
地球 自転 生 力 作用 緯度帯
環 中緯度帯 環 高緯度帯 極 環 3 構造
両半球 存 大気 環 呼 大気中
2
流 形 極大陸 大気 環 束域 い 極氷床
積雪 共 地球 様々 場所 供給 降 堆積 保存 い
大気中 放射強制力 地球 ネ 支 影響 及 Tegen et al.,
1966; Solomon, 2007 大規模 発生 長距 輸送
様々 時間 変 Goudie, 2009 供給量や 学組
供給源 環境や気候 全球的 気候変動 対 ッ 働く 氷
中 保存 地球 環境 気候 評価 重要 情報源
供給源 様々 波 飛沫 運 塩粒子や岩石 風
陸域 発生 鉱物粒子 火山活動 放出 火山灰 生物活動
生 生物 人 起源物質 挙 Peter, 1988; Prospero et al.,
1989; 原, 2003 長距 輸送 広域 散 例え 黄砂
発生源 遒く McKendry et al, 2001 や ワ Show, 1980 観測
い ン ン 積雪や氷床 過去 ベン 見出
Svensson et al., 2000; Bory et al., 2002, 2003 地殻起源 偏西風 地球
全域 輸送 観測や 計算 明 い Merrill et al., 1989;
Eguchi et al., 2009; Uno et al., 2009 地殻起源 気候変動 密接 関連
供給量 変 伴う 洋 CO2 吸 影響 指摘 い
Maher and Dennis., 2001; Maher et al., 2010 学組 環境 気候 変
大 く関わ い 例え 学組 気候変動 及 影響
洋 CO2吸 関 仮 提案 い Martin 1990 鉄仮 氷期
陸起源 増大 伴う生物 ンプ 活性 支持 い Oba and Pedersen
1999 中 炭酸 洋 溶 込 氷期
ンプ 強 指摘 い
3
送 降 過程 変 環境変 気候 変動 大気
中 ッ 機構 変動 速 過去 気候変動
役割 量的 解析 ン ン や 極 氷床
山岳氷河 試料中 保存 い 多く 研究
特 夏季 融解 起 い場所 連 的 気候 得
特 良好 期 極 ン ン
いく 掘削 計画 気候変動 試 例え Fischer et
al. 2007a 氷床 得 鉱物 塩 数々 析結
果 発生 輸送 降 過程 い 両極 比較 気候 照 わ
議論 い 氷期最寒期 完新世 比 極 ン
ン 共 鉱物 塩 濃度 数倍 数十倍 値 示 多量 供給
い 指摘 い
1.2. ン ンド氷床
1966 ンプ ン 氷 以来 格的 氷床
研究 開始 Hansen and Langway, 1966 過去1万 気候変動
明 Dansgaard et al., 1969 後 ン ン 掘削 氷床
GRIP GRIP2 最終氷期 完新世 移行期 あ ン
期 わ 数十 数度 いう急激 温暖 Dansgaard-Oeschger cycle：DO 繰 返 い 見出 Dansgaard et al., 1993, Dowdeswell and White, 1995
2003 NGRIP い 全長3084.99m 氷 掘削 完了 い NGRIP 氷
い 気温 指標 あ δ
18
O 記録 Dye-3 GRIP 氷
気温 傾向 く一 確 い Jonsen et al., 2001 NGRIP氷
DO ベン 25 26 い 新 気候 見出 North Greenland Ice
4
形 態 組 析 結 果 大 部 陸 域起 源 あ 結 論 い
Svensson et al. 2000 Sr Nd 体 過去4万4千 ン ン
主要 供給源 東 地域 あ 計算 結果 一部 支持
示 連 流 析 Continuous Flow Analysis: CFA 用い 各種 ン 学
析 逭 NGRIP氷床 学 析 Ca
2+
春季 Na
+ 冬期
現 Rasmussen et al., 2006 寒冷 ベン 時 主 陸域 起源 Ca
2+
100 以 5倍以 値 示 主 洋 起源 Na
+
変 あ 大
く い Steffensen et al., 2008 明 い Kjær et al. 2011
ン酸塩 溶性 強い相関 示 指摘 い
1.3. 南極氷床
極氷床 1968 基地 い 2164m 全層掘削 気候変動 情
報 得 Gow and Williamson, 1971 基地 掘削以降
C 掘削 逭 い 1998 3623m
掘削 氷床 置 湖 汚染 懸念 掘削計画 航
い 2012 3769.3m 掘削 掘削孔 湖 到遉
Showstack, 2012; Gramling, 2012 氷 析結果 過去42万 わ
4回 氷期-間氷期 気温変動 CO2濃度 調 い 示 Petit et al.,
1999 後 欧 研究 プ C 3190m 氷床 掘削
過去 74 万 気候変動 記録 過去 8 回 氷期-間氷期 明
EPICA community members, 2004 氷 中 環境 い 様々 研究
逭 氷 中 層 検出 過去 火山活動 Kyle et al., 1981;
Narcisi et al., 2005 塩性Na 氷 大域 関係 Wolff et al., 2006; Fischer et al., 2007a; Fischer et al., 2007b; Schüpbach et al., 2013 硫酸塩 氷期-間氷期 気温変動
5
氷 解析 結果 陸域 起源 鉱物粒子 濃度 氷期 高く間氷期
い傾向 示 わ い Petit et al., 1999; Lambert et al., 2008 氷期
積雪堆積速度 減少 明 水準変動や乾燥 供給源 変
大気 環 強 依存 考え い Petit et al., 1981 Na 濃度 氷期
高い値 示 知 い Petit et al., 1999 極沿岸域
観測結果 冬季 氷表面 塩粒子 重要 供給源 あ 考え 氷
供給 塩粒子 変動 解釈 重要 あ 指摘 い 長 ,
1988; Wagenbach et al., 1998; Hall and Wolff, 1998; Rankin et al., 2002; Hara et al., 2004
1.4. ド ムふ 深層コア掘削計画
極氷床 高原状 地形 い 氷床 々降 積 雪 密 垂
直方向 力 水 方向 力 大 く働く 極氷床 高原状 地形 いく
高 存 呼 氷床 水 方向 流動
起 い地 あ 連 的 気候 環境変動 元 理想的 地 あ
日 東 極高原 置 基地 77°19'S, 39°42'E; 3810 ma.s.l 所
基地 1995 観測 開設 2004 基
地 改称 基地 1992 ～1996 第一期深層 掘削計画
行わ 深 2503.52m 氷床深層掘削 Dome-F Deep Coring Group, 1998
2002 ～2007 い 第 期深層 掘削計画 行わ 深 3035.22m 氷床
深層掘削 い Motoyama, 2007 最深部 代 72万 前 推
い Motoyama et al., 2007; Goto-Azuma and others, 2008 第一期 第 期
深層氷 以 DF1 DF2 氷 中 含 溶存
ン種 Dome-F Ice Core Research Group, 1998 や火山灰 Fujii et al., 1999 塩微粒子 Ohno
et al., 2005 等 解析 逭 極氷床 記録 過去 気候変動 明
6
回 氷期 わ 明確 一 両 記録 気候変動情報
東 極氷床全域 代表 あ 報告 い Kawamura et al. 2007
O2/N2比 解析 DF1 34万 わ 精確 時間軸 え 記録
過去3回 気候変動記録 ン ッ 理論 支持 報告
1.5. 氷コア中難溶性金属 重要性
氷 中 金属 供給源や環境 知 うえ 重要 要素 一 あ
例え Al Ti Ca Ba Mn い 元素 主 地殻表面 供給 鉱物
代表的 指標 De Angelis et al., 1997; Marino et al., 2004; Gabrielli et al., 2005a;
Rhodes et al, 2011 Na 地殻 供給 洋 供給 塩
影響 強く 明 い De Angelis et al., 1997; Bigler et al., 2006
気候 応 金属 溶性 溶存 比 変動 Traversi et al.,
2004; Siggaard- Andersen et al., 2007 や一部 金属 地殻 対 濃縮係数 間氷期 大
く Gabrielli et al., 2005a; Gabrielli et al., 2005b; Marteel et al., 2008; Mateel et al., 2009
明 存 形態や組 重要 環境 気候
示 い PIXE 濾過捕集粒子中 金属 測 Ghermandi et al, 2003; Marino et al 2004 やICP-SFMS 酸可溶 測 Gaspari et al., 2006 結果 氷 中金
属 多く 溶性粒子 存 い 示唆 い 氷 中
金属 研究 溶存 測 十 あ 溶性粒子 測 重要
氷床 中金属 CFA 用い 溶存 関 研究 多く Traversi et al., 2004;
Bigler et al., 2006; Lambert et al., 2012; Schüpbach et al., 2013a, 2013b 溶性 粒子 関
研究 少 い 粒子濾過捕集 析 氷 中粒子 く回 技
術的 極 困 あ 粒状物 全量 評価 い 酸可溶 析
行 わ い 一 部 鉱 物 数 逬 間 わ 溶 出 報 告
7 1.6. 研究目的
前述 氷 中 溶性金属 重要性 指摘 い 行わ
析方法 溶性 粒子態 含 氷 中 金属 全濃度 評価 い
い 研究 波酸 解法 Suzuki and Sensui, 1991 用い
氷 中 粒状物 全 解 金属全濃度 溶存態+粒子態 測 気候
環境変動 元 目的 特 大気 環や 水準 変動 大 く関わ
鉱物 塩粒子 ッ 量的評価 金属組 影響 及 供
8
2.
分析方法
DF1 DF2 保存用 A 主 物理解析後 他 析 用い B 融
解処理 主 学 析 用い C 3 割 い DF1 DF2
1 2 示 通 割 割 異 研究 DF1 DF2 共 B
氷片 試料 用い 氷 中 金属元素 ppt ベ 非常 濃度
あ 元素濃度測 ン ネ ョン 除去 い 氷
中 ン ネ ョン 的場 1997 1 掘削 解析 ンプ ン
氷 付着 ン ネ ョン 2 試料 後 保存容器や試薬 ン
ネ ョン 3 測 前処理操作 伴う汚染 4 濃度 析 伴う汚染 4 指摘
い 的場 1997 氷 付着 ン ネ ョン 溶液試料保存時 被 ン
ネ ョン い 除去方法 提案 研究 ン ネ ョ
ン除去 方法 従 実施 実際 試料 手順 以 通 あ ン
用い 7～10cm 氷片 汚染除去 表面 5mm ッ
削 氷片 ン容器 移 後 超純水1ml 洗 ン ョン 溶
液部 捨 超純水 洗 3回繰 返 後 室温 氷 10ml溶解
溶液部 捨 洗 作業 3回繰 返 洗 後 ン容器内 氷 全
量融解 試料 重量 測 濃硝酸 え 0.1N硝酸溶液 調製 次 試料
ン容器 移 ッ プ 熱 蒸発乾固 濃硝酸0.3ml ッ 水素
酸0.2ml え 波酸 解 溶性粒子 全 解 Suzuki and Sensui, 1991
解 愛科学製解容器P-25 用い 全 解 溶液中 Na Al Mn Fe Sr Ba
ICP-MS ッ ッ 製HP4500 Mg Ca ICP-AES 電子製SPS7000A
用い 測 濃度決 SPEX社製XSTC-13X混 金属溶液 標準物質 用い
実験 用い 超純水 Direct-Q 製 製造 超高純度試薬 関東
学製 用い 器具 使用前 金属 汚染 除去 1N 硝酸
9
3.
氷コア
年代
氷 過去 気候変動 各深度 代 決 必要 あ
氷期-間氷期 通 積雪速度 一 い 密 影響 密度変 や 氷床流動
影響 氷 代 決 純 い 氷 代決 い
氷 中 様々 見出 間 代 内挿 いう手法
深層 い 中O2/N2比 変動 緯77度
夏季日射量 一 い 明 最 力
い Kawamura et al., 2007 Fujita et al. 2009 積雪 微細層構造 調査
結果 夏季 強い日射 層 積雪初期 高密度 30m 以深 初期
密度 あ 積雪層 密度逆転 生 示 い 積雪層 通気度
変 子 異 O2 N2 遥択 生 わ い
DF1 代 Kawamura et al. 2007 DFO-2006 time scale 報告
い DF2 代 い 最 部 代 推 値 い 報告
い い 論文 DF1 い 代 議論 DF2 い
10
4.
酸素同位体比変動と気候区分
研究 Kawamura et al. 2007 報告 い 氷 中 酸素 体比
δ18O
気温 指標 用い い 半球 中緯度 洋 蒸発 水蒸気
降水 繰 返 極大陸 輸送 重い水 子 H218O 軽い水 子 H216O
凝結 や い 過程 除 割 大 い わ 体 別作
用 起 δ18O 標準 均 水 Standard Mean Ocean Water: SMOW 体比
千 偏差 ‰ 以 式 1 求
… 1
積雪中 δ18O 均気温 相関 あ わ い Massaon-Delmotte
et al., 2005 安 体比 あ 積雪後 変 く保存
気温 指標 用い い 気温
δ18O 関係 0.81‰/℃程度 あ わ い 藤井 山 2011
Kawamura et al. 2007 δ18O 変動 4 示 地球
気候 温暖 寒冷 繰 返 温暖 間氷期 寒冷 氷期 区
う 気 温 変 動 底 堆 積 物 酸 素 体 記 録 報 告
Shackleton and Opdyke, 1973 洋酸素 体 Marine Isotope Stage: MIS
広く知 い 研究 渡邊 2002 参考 研究 用い 間氷期 Integ
Glacial: IG 氷期最寒期 Glacial Maximum: GM 気候区 義 義 気
候区 表1 示 IG GM 代 若い 深度 い 順 番 付 表
対応 代 深度 MIS 示 DF2 い 代 発表 い
11
5.
鉱物および海塩粒子フ
ッ
ス変動
復元
5.1. めに
大気中 放射強制力 地球 ネ 支 影響 及 Tegen et
al., 1966; Solomon, 2007 洋 鉱物 供給 CO2 吸
影響 え 報告 い Maher et al., 2001; Maher et al., 2010 過去
大気中 量 見積 議論 気候変動 理解 うえ 重要
氷 中 金属濃度 供給 量 変 過去 研究
氷 中 金属 溶性 考え い 研究 溶存金属 測
中心 行わ 先 述 あ 章 DF1 中金
属全農度 元 過去34万 間 鉱物 塩 ッ い 議論
5.2. 結果と考察
DF1 元 t-Al濃度 t-Na濃度 元 鉱物 塩
ッ 変動 5 6 示 氷床中 t-Al 大部 地殻起源 鉱物粒子 プ
t-Na 鉱物粒子 塩粒子 影響 大 い DF1
中 t-Al濃度 変動幅 1.14～262 mg･kg
–1
あ 最大値 最 値 230倍 示
t-Al 濃度 過去3 回 氷期 最寒期 観察 一方 氷期最寒期 除い
期間 特 間氷期 い値 示 De Angelis et al., 1987 や
C Ghermandi et al., 2003; Marino et al., 2004; Gaspari et al., 2006 氷床
得 地殻起源 金属濃度 変動 一 い 最終氷期最寒期 Last Glacial
Maximum; LGM 大陸 乾燥域 大や 頻度 増 大気 子午面
環 活性 い 知 い CLIMAP Project Members, 1976
研究 得 い 多く 証 氷期 大気環境 現 環境
12
al., 1988; Mayewski et al., 1994; Steffensen, 1997; Reader et al., 1999; Irino and Tada,
2002 研究 得 DF1 中t-Al濃度 気候 支持 結果 あ
研究 得 t-Al濃度 最大値262 mg･kg-1 得 Al濃度
最大値 あ 130 mg･kg
–1 2
倍 あ De Angelis et al., 1987
Al濃度 溶融 氷 振 う 中性子放射 析 測 振 う
学 析 十 溶液中 粒状物 均質 い 濃度差 原因 い
考え Al 最大濃度 差 原因 試料 深度 掘削場所 析場所
条件 遊い 起因 可能性 考慮 必要 あ 原因 い 明確 回答
い 試料 方法や 析方法 空間的 変動 重要 要素 あ 予想
い t-Al 均濃度 標準偏差 1σ 完新世 Holocene; HOL 相当 5
～15 kyr 10.9み6.01 mg･kg–1 LGM 相当 15～30 kyr 106み57 mg･kg–1 あ
t-Al濃度 LGM/HOL比 10 算出 DF1 い
ン 計測 微粒子 質量濃度比 11 報告 い Fujii et al., 2003
う LGM-HOL 鉱物 降 量 変 t-Al濃度 微粒子濃
度 LGM/HOL比 一 示 Marino et al. 2004 Al 様 溶性 地
殻起源物質 指標 Ti C氷 中濃度 報告 い 結果 得
Ti濃度 LGM/HOL比 14 研究 得 t-Al 結果 整 い
結果 LGM い 寒冷乾燥 気候 遉 t-Al 含
鉱物 濃度 10倍 増 示 い 一方 完新世 温暖湿潤
気候 考え い 氷期-間氷期 鉱物 塩 ッ
い 議論 DF1 中 t-Na濃度 変動幅 11.8～262 mg·kg
–1 あ
氷期最寒期 最大濃度 t-Al 程度 あ 最 濃度 対 最大濃度 比
20 あ 気候変動 変 程度 t-Al 比 結果
氷期 通 Na Al 相関 い 示 Al 供給源 あ
13
Al 地殻 唯一 供給源 あ 対 Na 地殻 洋 両方 供給 考
え t-Na濃度 均値 5～15 kyr い 41.6み18.1 mg･kg–1 15～30 kyr
い 115み43 mg･kg
–1
あ t-Na濃度 LGM/HOL比 3 算出
研究 全 解 析 氷 中t-Na濃度 測 例 い C い
完新世 LGM 溶存Na濃度 報告 い Bigler et al., 2006 結果
LGM/HOL比 5程度 あ 研究 得 値 若 大 い 完新世
Na 溶性画 意 あ い 考え 塩粒子 比較的
溶 や い 氷 試料 溶融 際 塩粒子 溶解 保証 い
い 氷 溶融 試料 粒状物質 溶 出 ン あ Na
含 い う いく 問題 氷 中溶存 解釈 困 い
解釈 明瞭 全 解 析 金属全農度 測 氷 解析 い
意 義 あ え 鉱 物 塩 ッ
Fmineral Fseasalt Al Na 全農度 推 Al 地殻 構
主要 元素 あ 地殻中 8%含 水中 わ 0.8 ppb
存 い微量元素 あ 中 t-Al 地殻起源粒子
来 仮 仮 基 Fmineral 以 式 2
算出
… 2
式中 [t-Al] t-Al濃度 8.23 Al 均地殻組 比 Taylor, 1964 Rd
氷 床 任 意 深 度 d 積 雪 堆 積 速 度 Dome Fuji Ice Core
Consortium, personal communication 示 Fseasalt 様 以 式 3
14
… 3
式中 [seasalt-Na] 塩起源 Na濃度 1.06 Na 均 水組 比 Brocker and
Peng, 1982 示 Na 水 主要元素 あ 地殻 い 含 率2.36% 主
あ Taylor, 1964 t-Na濃度 鉱物 供給 存
時期や場所 塩 使う い
わ 鉱物 影響 無視 場 限 Na 塩
用い Bigler et al. 2006 C氷 い 氷期
高 時期 地殻起源 Na 意 大 報告 い Fseasalt
算出 [seasalt-Na] 用い 必要 あ 氷 中 t-Al 地殻起源
あ いう仮 以 式 4 [seasalt-Na] 算出
… 4
式中 [t-Na] 氷 中 t-Na濃度 Na/Al crust 均地殻組 比 Taylor, 1964
0.29 用い 算出 [seasalt-Na] [t-Na] 対 割 最 37.5 % 最大
99.3 % あ 6 DF1 い t-Na 最大 60% 地殻起源 あ
示 い [t-Na] 対 [seasalt-Na] 割 完新世 い 均91.1み6.7 %
LGM い 均74.0み12.1 % あ 結果 温暖 少 い時期
運 く Na 大部 塩起源 あ 寒冷 富 LGM
地殻起源Na 寄 大 示 い 6 回 氷期最寒期
地殻起源Na 寄 最大 62.5 % 36.9 % 53.4 % あ 氷
床 析 い 氷期最寒期 地殻起源Na 影響 無視 い 示 い
塩 供給源 極大陸 近い 洋 氷 あ
15
え 一方 極氷床 鉱物 降 量 氷期 最寒期 最大
1 水準 伴う大陸棚露出面積 増 2 気候 乾燥寒冷 伴
う乾燥地域 大 3 陸域 増 子午面 環 強
考え
過去3回 氷期-間氷期 氷期最寒期 間氷期 鉱物及
塩 ッ 均値 表2 示 気候区 climatic divisions
略語 あ IG 間氷期 GM 氷期最寒期 示 表 IG GM全体 均値
示 鉱物 ッ GM 14.0～20.2 mg·m
–2 ·yr–1
示 IG 3.22～4.15 mg·m–
2
·yr–1 1桁大 い値 結果
氷期最寒期 鉱物 増大や輸送 強 示 い GM2 鉱物
ッ GM1 GM3 比 い値 示 GM2 期間 亜間
氷期 頻繁 あ い 考え 鉱物 ッ 均値
IG 3.77み2.20 mg·m–
2
·yr–1 GM 18.6み10.1 mg·m–
2
·yr–1 あ 鉱物
ッ GM/IG比 4～5 範 内 あ GMmean/IGmean 4.9 あ Gaspari et
al. 2006 C氷 酸可溶Fe ッ LGM/HOL比 36 報
告 い Fischer et al. 2007 氷 微粒子 LGM/HOL
比 ～15 報告 い 研究 得 値 異 手法 あ 過去
研究 報告 値 研究 結果 粒 状物 全 解 析 得
結果 あ 氷期最寒期 間氷期 鉱物 輸送 遊い い 議論
非常 重要 考え 証 深 堆積物 元 鉱物
ッ LGM/HOL 比 3～4 あ Irino and Tada, 2003; Hovan et al., 1989;
Clemens and Prell, 1990; deMenocal, 1993 研究 結果 程度 あ 挙
塩 ッ 均値 IG 111み54 mg·m
–2
·yr–1 GM 130み55 mg·m –
2
·yr–1 あ IG GM 顕著 差 示 GM/IG比 1 近い値 あ
16
期 意 差 示 い 研究 結果 気候変動 伴う
鉱物 ッ 変 塩 ッ 変 比 著 く大
示唆 い 一方 塩 ッ 気候変動 短期
現象 影響 い 考え 気候変動 ッ 変動 関係
評 価 複 数 代 間 Fmineral Fseasalt 代 移 動 均 変 動 係 数 CV;
Coefficient of Variation 算出 変動係数 標準偏差 代移動 均 割 求
い 代間 0-1 kyr 1-5 kyr 5-15 kyr 15-25 kyr 95-105 kyr
10 kyr間 設 例え 代間 0-1 kyr 過去340 kyr わ 移動 均
算出 271 得 各 代間 計算 CV 均値 7 示
Fmineral CV 代間 増 伴 増 急激 気候変動 結果
0-5kyr 5-15kyr 急
激 値 大 く い 0-1kyr 代間 い Fmineral Fseasalt CV
0.38 0.41 程度 あ Fmineral CV 5-15kyr 95-105kyr 徐々
増 Fseasalt CV 代間 一 あ 鉱物 塩
発生量 風速 影響 考え 塩 CV 安 い
塩 鉱物 比 大気 環強度 感度 い 考
え 塩 氷 供給 重要 あ 報告 長
, 1987; Wagenbach et al., 1998; Hall and Wolff, 1998; Hara et al., 2004 断 い 極
大陸 近い 氷 安 塩 供給 結果 い 結
果 鉱物 供給 塩 比 気候変動 影響 多様
わ 1 鉱物 供給源 あ 大陸 極氷床 遒い 塩
比 大気 環強度 変 対 感度 高い 考え 2 気候変動
伴 変 面積や乾燥 地殻表面 環境 洋表面 比 重要度 大 い
3 水面 氷面 供給源 塩 ッ 氷期
17 5.3. まとめ
氷床 過去34 万 Al Na全農度プ 全 解
析結果 明 鉱物 塩 ッ
Al Na全農度 算出 算出 ッ 鉱物 間氷期
3.77み2.20 mg·m–
2
·yr–1 氷期最寒期 18.6み10.1 mg·m– 2
·yr–1 あ 塩
間氷期 111み54 mg·m –2
·yr–1 氷期最寒期 130み55 mg·m –2
·yr–1 あ 研
究 得 結果 氷期 極氷床 ッ 変動
い 以 示 提案 極大陸地殻 面 氷面 起源
塩 輸送 氷期-間氷期 いう時間 大 く変
塩 輸送 気候変動 伴う大 気象条件 変 く
短い時間 現象 影響 強く 考え 各氷期 最寒期 極氷床
供給 鉱物 ッ 増大 水準 伴う陸域面積
大 乾燥寒冷 伴う乾燥地域 大 増 子午面 環 強
考え DF1 中粒子 高時間 解 詳細
学 析 気候変動 伴う大気中 鉱物 塩 役割 明
18
6.
金属化学組成変動が示
エアロゾ
気候
6.1. めに
洋 供給 Fe 洋生産 制限 報告 い Martin, 1990
様 洋 Ca供給 ンプ 駆動 影響 及 Oba and Pedersen, 1999
金属 外洋域 い 主 地殻起源
う 供給 気候変動 密接 関わ 洋 炭素 環 影響 い
氷 中 金属 学組 過去 地球環境 敏感 変動 報告
様々 環境 試 い e.g. Gabrielli et al., 2005a; Gabrielli et al.,
2005b 極氷 中 金属 学組 気候 環境変動 応答
理解 重要 あ 章 詳 く議論 章 DF1 DF2 両方 結果
い 議論 氷 中金属 い 宇 起源粒子 混入 起因
思 わ 突 発 的 金 属 異 常 濃 縮 指 摘 い 佐 藤, 2009MS; 今 井,
2011MS 研究 い 異常濃縮 示 試料 い 除外 議論 逭
6.2. 結果と考察
研究 い 得 金属元素濃度 均地殻組 Taylor, 1964 対 濃縮係
数 EFcr 均 水組 Broecker and Peng, 1982 対 濃縮係数 EFsw 計算
地殻起源物質 指標 Al 洋起源物質 指標 Na 用い
EFsw い 水中 比較的多く含 Mg Ca Sr い 計算 計算
式 以 示
19
… (6)
(t-M/t-Al)sample 測 任意 金属t-M t-Al 試料中 濃度比 (M/Al)crust
(M/Na)sea water 均地殻組 均 水組 任意 金属M Al
Na 組 比 示
氷期 間氷期 EFcr EFsw 均値 表3 表4 示 t-Al 対 t-Ca
t-Mg 関係 8 9 示 表中 IG1-4 GM1-4 後述 MBE Mid-Brunhes Event, Jansen et al., 1986; EPICA community members, 2004; Yin and Berger, 2010 以降 IG5-8 GM5-7
MBE以前 間氷期 氷期最寒期 示 各金属元素 EFcr氷期-間氷期 連
動 変動 い 表3 EFcr 金属元素 特 的 変動 示 特 MIS11
付近 境 δ
18
O変動 強度変 知 MBE 相当 深度 変動 ン
変 Sr Mn ACR Antarctic Cold Reversal, Jouzel et al., 2001 相当
深度 い Ca/Al Mg/Al 地殻組 外 EFcr 1 回 特 的 あ
8 9 結果 MBE前後 ACR い 供給源や輸送
機構 何 変 生 可能性 示唆 ベン 着目 議論
いく
Na 除い 全 金属元素 EFcr 氷期 均値 1.0～1.6 いう値 示 地殻起源
影響 大 わ 表3 氷期 地殻起源 供
給 大 いう氷床 解析結果 EPICA community members, 2004; Lambert et al.,2008; Sato et al., 2013 整
Mg Ca Sr EFsw 氷期 比 間氷期 い 均 水組 近い値 示 表4
元素 比較的多く 水中 存 塩粒子 影響 結果
考え 特 EFswMg IGmean 1.3み0.8 あ Mg 塩粒子 影響 特 強
20
均地殻組 均 水組 範 外 値 示 試料 確 ACR
や一部 間氷期 Mg Ca 均地殻組 や 均 水組 異 組 供給源
影響 い 可能性 示唆 Sr い Gabrielli et al. (2005a) 結果
間氷期 高い濃縮係数 示 塩粒子 影響 大 い 結論
い 研究 得 間氷期 EFswSr 均 3.9 あ 塩粒子以外
影響 無視 い いえ ACR 代表的 地殻起源物質 あ t-Al 増
大 EFcrMg EFcrCa 1 い値 示 いう傾向 あ 一部 間氷期
い 確 い ACR t-Al EFcrMg EFcrCa 対数近似 場 寄
率 49 % 61 % 意 相関 Dome C氷床 中 希土類元素 REE
解析結果 10～13.5 kyr 境 大気 環 強度や経路 変
伴う供給粒子 組 変 指摘 Gabrielli et al., 2010 研究 EFcrCa
EFcrMg い値 示 ン 一 い EFcrCa
EFcrMg い値 原因 供給 地殻起源 粒 組 変 依存
い 考え 一方 Dome C氷床 中 溶存Fe/Al比 ACR 高い値
示 い Traversi et al., 2004 研究 EFcrFe 整 性 得
測 い 金属 存 形態 遊い 起因 考え Traversi 溶存Fe 増
洋 関連付 研究 全Fe 算出 EFcrFe 変
見 い 供給 地殻起源 中 Fe 存 形態 変 い
い 推測 実際 輸送過程 学プ 中 全
Fe 対 溶存Fe 割 大 く 知 Takahashi et al., 2011 ACR
輸送機構や供給地 変 支持 考え 10 DF
各地 土壌 岩石 水 Al Ca Mg 組 示 ACR 組 通常
幅広く 布 や 土壌組 近い
確 い Ba Sr Mn Fe EFcr 間氷期 い 高い値 示 傾向 見
21
示 知 い Gabrielli et al., 2005a; Gabrielli et al., 2005b; Marteel et al., 2008; Marteel et al., 2009 Gabrielli et al. (2005a) Ba Mn 濃縮係数 氷期-間氷期 大
く変動 い プ い 研究 氷期-間氷期 大 変 見
Gabrielli et al. (2005a) 酸可用 測 い 対 研究 粒状物
全 解測 い 考え 氷床 中金属 全 解測 用性 示 結
果 一 あ う 気候記録 推 半球 地表 学風 速度 間
氷期 い 氷期 2.5倍程度 あ Foster and Vance, 2006 研究 金
属元素 EFcr 変動 ン 傾向 概 一 底堆積物記録
間氷期 溶性残留物 粒 布 峰性 4～7μm い 氷期 細粒 粒
範 示 わ い Palchan et al., 2013 中国 堆
積物 黄土 土 学変質指数 CIA 粒 大 く異 5μm以 粒
強い風 い 指摘 い Xiong et al., 2010 結果 異
風 輸送経歴 持 粒子 混 示唆 い 中国内陸部 い 温暖期
形 土壌 寒冷期 形 堆積物 比 Ba/Sr 高く Gallet
et al., 1996; Yang et al., 2006 や黄土高原 い 内陸 乾燥地域 沿岸 湿潤地域 向
比較的Ba/Sr 高く Jahn et al., 2001 わ 学風 供給源
土壌 供給 影響 及 い 可能性 示唆 い
11 DF 各地 土壌 岩石 水 Sr Mn Ba 組 示 DF 中 Ba
特 間氷期 幅広い 布 示 均地殻組 均 水組 以外 組 持 複
数 供給源 存 示唆 一部 組 風 近い組
示 見 間氷期 高いEFcr 温暖湿潤 環境
学風 強く 粒 い鉱物粒子 氷期 比較 多く供給
い 考え EFcrFe 特 温暖 あ IG4 1.5 IG2 2.0 いう高い値
示 い Fe 比較的風 影響 くく Chesworth et al., 1981 特性
22
EFcrSr EFcrMn MBE付近 境 変動 ン 異 い 表1 MBE前後
氷期 間氷期 EFcr 均値 着目 EFcrBa MBE前後 問わ 間氷期 高い
値 示 対 EFcrSr EFcrMn MIS10以降 間氷期 高い値 示 MBE
以前 間氷期 均地殻組 近い値 示 いう結果 得 表1 MBE
以前 MBE以降 比 t-Al濃度 高い氷期 い EFcrSr EFcrMn 1 近い値
示 い 表1 MBE 前後 供給 地殻起源 組 異
い い 考え 半球 い 堆積物中 smectite/
illite + chorite 変動 MIS11以降 冬 ン ン 優勢 あ 対 MIS11
以前 夏 ン ン 優勢 あ わ 土鉱物 供給源 変
指摘 い Liu et al., 2003 Rea (1994) 底堆積物 記録 比較 多く
域 MBE 気候変動 応答 風 ッ や粒 変 い 示
全球的 地殻起源 輸送機構 変 い 可能性 高い 太
洋 い 250kyr ン 洋 い 500kyr 代 差 あ MBE 応答 示
以前 供給 粒子 粒 変 振幅 大 い
ン 洋 い 500kyr以前 粒 粒 い 地殻起源
粒 学組 関係 供給源 岩石や土壌 学風 関
研究結果 いく 推 河 堆積物 粒度組 濃度 関係
多く 元素 細粒 伴 高濃度 比較的風 抵抗性 大 く細粒 くい
長石 多く含 KやBa 逆 傾向 示 指摘 い Terashima et al.,
2008 黄土高原 風 影響 異 土壌 組 比較 Ba
風 他 元素 比 粒 領域 濃縮 Liang et
al., 2013 Ba 風 他 元素 異 粒 領域 濃縮
特性 持 考え MBE以前 極 供給 い 粒
以降 粒 う 変 起 い EFcrBa MBE前後 変
23
以前 供給 粒 粒 あ 比較的 粒 領域 濃縮 示
Ba 関氷期 高いEFcr 示 MBE以降 供給 粒 細粒
SrやMn 濃縮 細粒 運 う EFcr 変動 ン
変 い う Dome C 鉛 体比 結果 東 極 輸送
米 供給 支配的 あ MBE以前 い
起源 影響 い 試料 見出 Hong et al., 2013
供給源や供給経路 変 粒 影響 及 可能性 考え
ン 洋 底堆積物中 磁性鉱物 記録 MIS14以降 氷期-間氷期 連
動 変 動 S比 MIS15以 前 安 高 い 値 示 報 告 い
Suganuma et al, 2009 S比 磁性鉱物 種類 濃度や粒 依存 変
供給 特性 変 い 可能性 あ 研究結果 時期
あ 先述 通 ン 洋 MBE 500kyr 見出 い
考え ICP-SFMS 用い Dome C 重金属 研究 Cu Zn
Pb MBE以前 間氷期 組 大 く MBE以降 間氷期
く As Cd Bi MBE 前後 問わ 間氷期 大 い いう結
果 得 い Marteel et al., 2008 MBE 前後 地殻起源 金属
組 異 い 支持 結果 あ Marteel 研究 報告 い
Ba 規格 濃縮係数 研究 顕著 MBE 境 変 見 い
元素 遊い 測 法 遊い 現 明確 い
研究 MBE以前 数 少 く 今後 更 解析 必要 あ
DF2 詳細 代 明 詳細 議論 可能 あ う
6.3. まとめ
Na 除く全 金属元素 氷期 EFcr 1 近い値 示 地殻起源 影響
24
氷期 比 い値 塩粒子 影響 大 く わ Mg 塩粒子
影響 特 強く い Mg Ca ACR 一部 間氷期 均地殻組
均 水組 範 外 あ ACR 特 顕著 見 通常
異 供給源や供給過程 供給 い 可能性 示唆
間氷期 学風 細粒 地殻起源 供給 各元素
EFcr 高い値 示 考え EFcrFe 特 温暖 あ IG4 IG2
高い値 示 比較的 学風 影響 くいFe 特性 考え
EFcrBa MBE前後 問わ 間氷期 高い値 示 対 EFcrSr EFcrMn
MBE以前 間氷期 1 近い値 示 いう変動 ン 変 見
Ba 他 元素 比 比較的 粒 領域 風 濃縮 いう特性 影響 い
考え 底堆積物 記録 MBE 境 粒 変動 ン
変 い 指摘 い MBE以前 Ba以外 濃縮 細粒 地殻起源
供給 制限 Ba以外 元素 変動 ン 変 Ba
見 い 推察 MBE以前 数 少 く
深度プ 議論 あ 今後 多く 試料 解析 代軸 含 議
25
7.
結論
研究 波酸 解法 用い 氷 中 粒状物 全 解 全金
属濃度 測 気候 環境変動 元 特 大気 環や 水準
変動 大 く関わ 鉱物 塩粒子 ッ 量的評価 金属組
影響 及 供給源 変遤 環境変動 評価
得 金属全農度 鉱物 塩 ッ 算
出 結果 氷期最寒期 鉱物 ッ 氷期
均18.6±10.1 mg·m–2·yr–1 あ 間氷期 均3.77±2.20 mg·m–2·yr–1 4.9倍 示
一方 塩 ッ 氷期 130±55 mg·m–2·yr–1 間氷期 111±54
mg·m–2·yr–1 あ 大 差 結果 鉱物
ッ 変動 塩 著 く大
極大陸近く 面 氷面 起源 塩 輸送 氷期-間
氷期 いう時間 大 く変 示唆
塩 輸 送 気候 変 動 伴 う 大 気 象条 件 変 く 短 い 時 間
現象 影響 強く 考え 各氷 期 最寒期 極氷床 供給
鉱物 ッ 増大 水準 伴う陸域面積 大 乾
燥寒冷 伴う乾燥地域 大 増 子午面 環 強
考え
Na 除く全 金属元素 氷期 EFcr 1 近い値 示 地殻起源 影響
大 わ Mg Ca ACR 一部 間氷期 均地殻組
均 水組 範 外 通常 異 組 輸送 い 示
唆 ACR 特 顕著 見 通常 異 供給源や供給過程
供給 い 可能性 あ 他 氷 解析 結果 ACR 輸送 粒子
変 生 指摘 支持 結果 間氷期 各元素
26
供給 い 考え EFcrFe 特 温暖 あ IG4
IG2 高い値 示 比較的 学風 影響 くいFe 特性
考 え EFcrBa MBE前 後 問 わ 間 氷 期 高 い 値 示 対
EFcrSr EFcrMn MBE以前 間氷期 1 近い値 示 いう変動 ン 変
見 底堆積物 記録 MBE 境 粒 変動 ン 変
指摘 い 風 伴い各元素 濃縮 粒 遊いあ
予想 影響 学組 変動 ン 変 い 考
え わ 金属 学組 変動 ン 極 輸送 粒
関連 い 可能性 あ
氷 全 解 析 用い 金属測 解析 結果 新 い知見
39
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謝辞
研究 い 学部生時代 長 わ 指 い 鈴木利孝教授
深く感謝い あ 多々 迷惑 学期間中 得
多く 人生 い 今後 大 糧 疑いあ 重
重 感謝い
研究 逭 あ 国立極地研究所 藤井理行特任教授 山 明教授 遈大
学 飯塚芳 教 様々 指 言 い 研究 行 学
析 関 国立極地研究所 林幹啓特任 手 特 世話 深く感謝
い
研究 用い 実験 研究室 籍 氷 研究 関わ
先 後 期 多く 力 あ 得 氏 い 省略
い 皆様 感謝 特 今井寛和修士 室悠紀修士 研究
関 議論 大変 世話 重 感謝
研究 日 極地域観測隊 掘削 氷 試料 用い
う 研究 機会 得 あ 掘削 関わ 皆様 歴史あ 日 極観測
業 感謝い
最 後 社 会 人 学 生 再 大 学 学 快 く 株 式 会 社
ン ワ ン あ 柴 冬樹室長 所属部署 皆様 理解
