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過去の温暖期における東南極氷床の形状を岩石の露出年代と気候モデリングで制約

2015年4月24日

東京大学大気海洋研究所
東京大学理学部
国立研究開発法人 海洋研究開発機構
国立極地研究所

発表のポイント: ◆岩石の露出年代測定と氷床モデルから、鮮新世の東南極氷床の厚さを復元した。 ◆鮮新世に東南極内陸の氷床の厚さは現在よりも厚かった場所が広がっていたことが明らかになり、東南極のウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地の氷床は大規模に融解していたことがデータと矛盾なく数値モデルで示された。 ◆東南極氷床は鮮新世の世界的な海面上昇への寄与が大きくはなかった時期があることを示唆した。

発表者

山根 雅子 (研究当時:東京大学 大気海洋研究所附属 高解像度環境解析研究センター 大学院生/現:海洋研究開発機構 生物地球化学研究分野 ポストドクトラル研究員)
横山 祐典 (東京大学 大気海洋研究所附属 高解像度環境解析研究センター 教授)
阿部 彩子 (東京大学 大気海洋研究所 気候モデリング研究部門 准教授)
スティーブン オブラクタ (研究当時:東京大学 大気海洋研究所附属 高解像度環境解析研究センター 特任研究員/現:秋田大学 国際資源学部 准教授)
齋藤 冬樹 (海洋研究開発機構 統合的気候変動予測研究分野 技術研究員)
森脇 喜一 (研究当時:国立極地研究所 教授)
松崎 浩之 (東京大学 総合研究博物館 教授)

発表概要

東南極(注1)氷床は、全てが融解すると海水準を世界的に60m以上上昇させる淡水を蓄えています。現在進行中の温暖化により、この氷床がどうなるかが注目されています。今世紀末の大気中の二酸化炭素(CO2)レベルと類似していたとされる、過去の温暖期である鮮新世(約533万年前~約258万年前)の地球環境を調べることは、それを知るための大きな手掛かりになります。東京大学大気海洋研究所の横山祐典教授と山根雅子博士課程学生(現:ポストドクトラル研究員)らと、同研究所の気候モデリング部門、海洋研究開発機構、国立極地研究所、東京大学総合研究博物館の合同チームは、東南極氷床が融けて岩盤が露出した地域の岩石の宇宙線暴露年代(露出年代)(注2)測定と氷床モデルを用いて、鮮新世における東南極氷床の復元をおこないました。

東南極各地の岩石の露出年代から東南極氷床の厚さの変化を復元した結果、多くの場所で現在よりも氷床が厚く、氷床は鮮新世以降に内陸から沿岸へ向かい徐々に薄くなったということが明らかになりました。氷床モデルを用いたシミュレーションからも、本結果と整合的な結果が得られました。一方、東南極で唯一氷床が海に存在しているウィルクス氷底盆地(注3)は、先行研究でその氷床の融解が報告されていましたが、本合同チームがおこなった、氷床モデルを用いたシミュレーションからも、ウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地(注3)では氷床の大規模な融解が示されました。東南極の氷床量の増加は、温暖な鮮新世で全球的な水循環が活発であったため、南極の降雪量が増えたことが原因と考えられます。このため、氷床量の減少の効果が相殺され、現在より40mも高かった可能性が指摘されていた鮮新世の高海水準期に東南極氷床が与えた影響は、わずかだった時期があることが示唆されました。

発表内容

[背景]
IPCC(国連の気候変動に関する政府間パネル)の最新の報告書によると、約533万年前~約258万年前の鮮新世は気温、海水温、大気中のCO2濃度が現在と同じか、現在よりも高く、今世紀末の地球環境と類似していると考えられている時期です。したがって、鮮新世の地球環境を調べることは、今世紀末の地球環境を予測するための大きな手掛かりになるとされており、活発に研究がすすめられています。

鮮新世における全球的な海水準は現在より+10から+40m高かったと考えられています。この時代に、グリーンランド氷床と西南極(注1)氷床の大部分が融解していたということは研究者の間の一致した見解です。一方、最近の研究から東南極のウィルクス氷底盆地の氷床が融解していた可能性が示唆されていますが(図1)、東南極全体の挙動はまだ完全には解明されていません。グリーンランド氷床と西南極氷床が全て融けていたとしても、世界的に海水準を10m上昇させることもできません。当時の海水準上昇の幅がどれくらいであったか知るためには、東南極氷床に関する理解が不可欠であるため、本合同チームは、岩石の露出年代測定と氷床モデルシミュレーションを用いて、鮮新世における東南極氷床の復元をおこないました。

[研究内容]
横山祐典教授と山根雅子博士課程学生(現:ポストドクトラル研究員)らは、国立極地研究所の森脇喜一教授らが東南極のセール・ロンダーネ山地において採取した岩石試料に含まれるベリリウム‐10(10Be)とアルミニウム‐26(26Al)という宇宙線が岩石に照射されることにより生成される核種(宇宙線照射生成核種)の分析を行い、露出年代を算出しました。また、これに加え、現在までに報告されている東南極 5地域の露出年代データの再解析も行い、地域ごとにまとめました。これらのデータから東南極氷床の厚さの変化を復元した結果、鮮新世は現在よりも氷床が厚かったこと、氷床は鮮新世以降に内陸から沿岸へ徐々に薄くなったことを明らかにしました。

東京大学大気海洋研究所の阿部准教授と海洋研究開発機構の齋藤技術研究員は、氷床モデル(IcIES)を用いて、鮮新世の南極氷床をシミュレーションしました。鮮新世条件では南極で気温が現在より3度高く降水量が5割り増しになった気候シミュレーション結果(MIROCモデル)が得られ、これを氷床モデルに入力として用いました。その結果、東南極各地の岩石の露出年代から復元された東南極氷床の厚さの変化の傾向がよく再現されました(図2)。さらに、東南極で唯一氷床が海に存在しているウィルクス氷底盆地は、先行研究でその氷床の融解が報告されていましたが、今回の氷床モデルを用いたシミュレーションから、ウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地では氷床が後退して氷床が薄くなったことが示されました(図2)。鮮新世における東南極ウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地の氷床の大規模な融解と、東南極のその他の地域の氷床量の増加にともなう氷床量変動は東南極では同程度で、東南極氷床が鮮新世の高海水準に与える影響は相殺しあう時期があることを示しました。ただし、融解に関する氷床モデル表現はまだ不十分なため今後モデルの精度を高めていくことが今後の課題です。

岩石の露出年代測定と氷床モデルシミュレーションの結果から、鮮新世の東南極氷床は、現在よりも厚かった地域と大規模に融解していた地域があることが明らかになりました。氷床が大規模に融解していたウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地(注3)は基盤岩の標高が海水準よりも低く、西南極同様氷床が水に浸かっている地域のため、温暖気候の影響を受けやすい地域です(図1)

一方、東南極の氷床が現在よりも厚かった原因は、当時が温暖な時代で全球的に水循環が活発であり、南極の降雪量が増加していたためです(図3)。また、鮮新世以降に地球は寒冷化し、全球的な水循環が弱まった結果、東南極氷床の氷の厚さが現在の規模まで減少してきたと考えられます。

[社会的意義、今後の課題]
今回の成果は、将来の温暖化に伴う東南極氷床の挙動と世界的な海水準を考察する上で、非常に重要な知見です。この研究により、鮮新世の世界的高海水準期に、東南極では、高度が現在より高かった場所が広く存在し、融解して質量が消失する場所が限定されていることがわかりました。このことから、鮮新世の世界的な海面上昇に東南極氷床が与えた影響は大きくはなかった可能性が示唆されました。また、この時代の全球的海水準は、+40mの可能性は極めて低く、IPCCで提唱されている変動幅の見積りの下限(+10m)に近い可能性が示唆されました。しかし、質量消失に関する氷床モデル表現はまだまだ不十分なため、海水準への寄与を更に明らかにするためには、気候や氷床モデルを高度化していくことが極めて重要です。

今後も過去の南極氷床変動を明らかにする古気候データおよび古気候モデリング研究の連携により、東西南極氷床についての更なる理解が進むと期待されます。

発表雑誌

雑誌名:「Nature Communications」
論文タイトル:Exposure age and ice-sheet model constraints on Pliocene East Antarctic ice sheet dynamics
著者:Masako Yamane, Yusuke Yokoyama*, Ayako Abe-Ouchi, Stephen Obrochta, Fuyuki Saito, Kiichi Moriwaki, and Hiroyuki Matsuzaki
DOI番号:10.1038/ncomms8016

問い合わせ先

横山 祐典
東京大学 大気海洋研究所附属 高解像度環境解析研究センター 教授
Email: yokoyama◎aori.u-tokyo.ac.jp      アドレスの「◎」は「@」に変換して下さい。

用語解説

注1) 東南極および西南極:
南極横断山脈を境に、東側が東南極で、西側が西南極である。東南極氷床は氷床底が海水準よりも高いので安定していると考えられ、西南極氷床は氷床底が海水準よりも低いので不安定であると考えられている。
注2) 宇宙線暴露年代(露出年代):
地表面に含まれる元素と宇宙線との相互作用により生成される宇宙線照射生成核種の濃度(10Be、26Alなど)から得られる、地表面が宇宙線にさらされた期間。
注3) ウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地:
東南極に存在する盆地で、基盤岩の標高が海水準よりも低い。したがって、この地域の氷床は水に浸かっている状態である。

添付資料

図1.(a)南極の地図。黒で示されている地域は、現在氷床に覆われていない地域である。(b)南極の基盤岩地形。WSBとABがウィルクス氷底盆地とオーロラ氷底盆地であり、基盤岩の標高が海水準よりも低い。
 

図2.気候モデルと氷床モデルシミュレーションの結果。(a)現在と(b)気温と降水量がより高い鮮新世の氷床の形状。(c)A A’断面における現在と鮮新世の高度および岩盤断面。A 付近では、大きく後退して氷床が薄くなっているが、他の地域では数百メートル高くなっていることがわかる。(d)現在と鮮新世の氷床高度の差。氷床高度の高くなっている場所は岩石データの存在する場所とほぼ一致していることがわかった。南極氷床全体の体積は、海水準を3メートルあまり高くすることに相当するが、東南極氷床だけをとると、標高が高くなったところと、後退した場所では体積差が同程度であることを示す。
 

図3.氷床と気候の相互作用の模式図。(a)は鮮新世を表し、(b)は現在を表している。鮮新世は温暖な時代で、全球的に水循環が活発であり、南極の降雪量が増加していたため、東南極氷床の厚さが厚かった。

プレスリリース