藤井 理行, 本山 秀明 編著 (2011) アイスコア

  • 藤井 理行(よしゆき), 本山 秀明 編著, 2011: アイスコア — 地球環境のタイムカプセル (極地研ライブラリー)。成山堂書店, 236+6 pp. ISBN 978-4-425-57011-9.

アイスコア(ice core)とは氷の柱状サンプルのことだ。そのうち本書では南極とグリーンランドの大陸氷床を掘ったものを対象としている。それは過去数千年から数十万年の地球環境に関する情報の宝庫だ。多くはその場の環境についての情報だが、大気成分のCO2・メタン(本書「1-7 大気組成の復元」参照)などは全球規模を代表するものであり、産業革命前の大気中の温室効果気体濃度をほぼ直接的に知ることのできる唯一と言ってよい情報源なので、両極地方に関心のない人にとっても無視できないものだ。

アイスコアからわかることの話題では、スイス、フランス、アメリカ合衆国、デンマークなどの研究者の仕事が多く引用される。日本の研究者が自分たちの仕事を中心に述べたものが読めることは、これまで少なかった。このような形で読めるのはうれしいことだ。国立極地研究所の事業として企画されたため、執筆者は極地研関係者が中心となっている。確かにこの分野の主要な研究者ではあるのだが、主要な研究者はほかにもいることも読者は忘れないでほしい。日本の研究体制の特徴は、主要な研究者自身が越冬までして現地でコア採取をし、持ち帰って分析もすることだ。それが強みでもあるのだが、これまで成果を知らせる活動にまでなかなか手がまわらなかった原因でもあったかもしれない。

「1-1 氷床とアイスコア」では、まず氷床とアイスコアの大まかな説明があるが、大部分は南極氷床の「ドームふじ」コア掘削がどのように行なわれたかの紹介だ。ドームふじの主要なコアは2本ある(わたしはこれまでよく認識していなかった)。第1期は1995-1996年に掘削され (研究期間はもっと長い)、深さ2503mに達し、その年代は34万年前と見積もられている。第2期は2003-2007年に掘削され、深さ3035mの氷床の底に達し、その年代は72万年前と見積もられている。とくに第2期は夏に集中して掘削したので、作業の高速化が必要だったが、多くの小さい会社の技術者と研究者の努力により達成された。国際協力によって飛行機を利用したことも、第1期までの南極事業と違っている。

「1-3 アイスコアの年代決定」で述べられている話のうち、クラスレートの形になったもと気泡の窒素・酸素比が、Milankovitch forcing [別記事参照]の南半球高緯度の夏の日射量に対応していることは、画期的発見だ。これで年代目盛りがしっかりした。氷自体の酸素同位体比から推定される気温は、万年の時間スケールでは北半球の氷床の消長に伴ってほぼ同位相で変動し、それは(複雑な関係だが)北半球高緯度の夏の日射量に駆動されていると考えられる(「2-5 過去数十万年の気候と環境の変化」)。ただし、同じコアでも気泡が閉じるのに時間がかかるため氷と気泡の年代が違うというむずかしさがある(1-7のコラム「結晶化する空気 — ハイドレートの話」と「アイスコアの同じ深さで氷と空気の年代が違う」 )。

2-1から2-3の話の材料はグリーンランドのアイスコアが主だ。「2-1過去300年の気候環境変化」は日本によるSite-J、「2-2 最終氷期が終わる時の気候と環境の激変」(1万5千年前から1万1千年前)は日本も参加したNGRIPのコアの情報を使っている。

2-2で論じられている1.47万年前の3年で約10℃の上昇は確かに急激だが、1.17万年前の50–60年で約10℃の上昇はIPCCの第4次報告書でこれから100年間に起こると想定されている100年で数℃の上昇を「はるかに超える」ものではないだろう。NGRIPコアの同位体比から推定された温度変化はグリーンランドのものであり、IPCCの主要な議論の対象である全球平均温度の変化よりも大きい可能性が高い。

「2-3 氷期における急激な気候変動」のDansgaard-Oeschger振動の話はおもに外国の研究の紹介だが、グリーンランドと南極とを対比した議論が新しい。年代合わせはメタン濃度によっている。グリーンランドのD-Oイベントに相当するものが弱いながら南極にもありほぼ逆位相であることがわかった。

「1-5 陸海域起源物質」は、氷のさまざまな不純物の起源に関する解釈の話。「議論の域を出ていない」と2回も言っているが、この分野の科学の現状がつまらないというふうに受け取ってはいけないと思う。2回めで「重要な研究トピックであり」と言っているように、研究者がいろいろな説を活発に出していておもしろいところなのだと思う。ただしそのうちひとつの説だけが決定版であるかのように広まると、世の中に誤解を与えるし、あとで研究者集団全体の信用を落とすことにもなりかねないので、この節の筆者は慎重になっているのだと思う。

しかし、「2-4 氷期サイクルのダスト変動に基づく風速の復元」は、専門家共通の認識に至っていないことを承知で「試論」を述べたものだ。

第3章も、太陽活動・地球磁場変動、超新星爆発、地球外物質、氷の中の微生物についての、それぞれ科学的知見がどんどん変わっていく過程での試論が詰まっている。アイスコアのベリリウム10は太陽活動の指標としてよく使われているが、これはより直接的には宇宙線の変動であり、地球磁場の影響も受ける。その情報を分離するのは先端的課題だ。南極アイスコアの硝酸イオン濃度も太陽活動とともに変動することが知られている[別記事参照]が、超新星爆発の痕跡と思われるシグナルも発見された。太陽活動からの因果関係は太陽からの陽子、超新星からはガンマ線と考えられている。

折り返しのあとに目次をつけておく。

はじめに [1-6] /藤井
目次 [1-5]
第1章 極地の氷に刻まれた古気候古環境シグナルの解読
[序] 1 /藤井
1-1 氷床とアイスコア 2 /本山
氷床とは
氷床コア掘削
理想的な掘削場所とは
ドームふじ氷床深層コア掘削
ドームふじアイスコア
[コラム] 世界最新鋭のドリルの開発
1-2 アイスコアに記録される気候・環境要素 18 /藤井
大気の循環と極地への物質輸送
成層圏での物質輸送
エアロゾルの滞留時間
空気の保存
まとめ
[コラム] 気候や環境の記録媒体
1-3 アイスコアの年代決定 32 /藤田 秀二
はじめに
年代決定の考え方
氷床の流動と年代
深層コアの重要なタイムマーカー: 酸素・窒素比率と含有空気量
O2/N2比や含有空気量が日射強度の変動と同期するメカニズム
O2/N2比のタイムマーカーとしての有効性と限界
深層コアの他のタイムマーカー
浅層コアや、最終氷期以降の氷床コアの年代決定
[コラム] 地球最古の氷は?
1-4 気温復元 43 /植村 立
どうやって過去の気温を推定するのか?
同位体比と気温の相関
過去30万年間の同位体比変動
同位体比が変動するメカニズム
相関関係を変える原因
気温復元の確からしさ
まとめ
[コラム] 「安定同位体」とは
1-5 陸海域起源物質 57 /飯塚 芳徳
エアロゾル
海域起源物質
陸域起源物質
1-6 火山活動の復元 71 /河野 美香
アイスコア中の火山起源物質
火山灰の化学組成
タイムマーカーとしての火山起源物質
硫酸エアロゾル量の推定と気候変動
硫酸層の起源推定
[コラム] 謎の噴火と気候の寒冷化
1-7 大気組成の復元 85 /川村 賢二
気体の分析項目と方法
氷床内での大気の保存性
人為起源の温室効果ガス変動
氷期・間氷期スケールの変動
[コラム] アイスコアの同じ深さで氷と空気の年代が違う /川村
[コラム] 結晶化する空気 — ハイドレートの話 /藤田

第2章 アイスコアから明らかになってきた地球環境
[序] 101 /藤井
2-1 過去300年の気候環境変化 102 /藤井
気温変化
北大西洋振動の復元
北極域における産業革命以降の降水の酸性化
CO2濃度の変化
火山活動
[コラム] 8200年前の寒冷イベントとローマ時代の鉛汚染
2-2 最終氷期が終わる時の気候と環境の激変 116 /東 久美子
ターミネーション
ヤンガー・ドライアス
アガシー湖の決壊
急激な温暖化
南極の寒冷期(アンタークティック・コールド・リバーサル ACR)
2-3 氷期における急激な気候変動 127 /東
ダンスガード・オシュガー・イベント (DOイベント)
ボンド・サイクルとハインリッヒ・イベント
地球規模で生じた数千年スケールの気候変動
南極における数千年スケールの気候変動
[コラム] 海洋の熱塩循環とバイポーラー・シーソー
2-4 氷期サイクルのダスト変動に基づく風速の復元 140 /藤井
南極の氷の中のダスト
氷期サイクルにおけるダスト濃度の変動
海面変化と大陸棚の露出
過去10万年の風速変動の復元
氷期サイクルにおける風速変動の復元
おわりに
2-5 過去数十万年の気候と環境の変化 153 /川村
南極の気温変動と二酸化炭素変動との関係
10万年周期の謎
34万年間の南極の気候変動のタイミング
[コラム] ミランコビッチ・サイクル
第3章 アイスコア研究のフロンティア
[序] 169 /本山
3-1 太陽活動・地球磁場変動の歴史 170 /堀内 一穂
はじめに
太陽活動の歴史
地球磁場変動の歴史
おわりに
[コラム] 地球磁場と太陽磁場
3-2 銀河系内超新星爆発の痕跡 185 /望月 優子
超新星爆発とは何か?
過去2000年の銀河系内超新星爆発
硝酸イオン濃度に超新星の痕跡は残るのか?
ドームふじコアに超新星の痕跡あり!?
超新星がアイスコアに痕跡を残す理由
なぜドームふじなのか?
氷の中の超新星の痕跡研究のこれから
[コラム] 藤原定家と超新星爆発
3-3 ドームふじ氷床コアからみつかった地球外物質: 始原的な天体の衝突記録 203 /三澤 啓司
地球外物質
氷床コアから地球外物質を探す
氷床コアから発見された地球外物質層
起源となった天体は?
南半球での痕跡を探す
おわりに
[コラム] 南極は隕石の宝庫
3-4 南極の氷の中の微生物 217 /神田 啓史
氷床微生物研究のパイオニア
ボストーク氷床下湖の微生物
氷床コア解析のツール — 融解装置の開発
氷山氷を用いた開発研究
南極氷床の表層と深層コアの微生物
雪氷域花粉のDNA解析
氷の中の微生物のこれから
[コラム] 氷床下の水の世界 /伊村 智
あとがき [231-233] /藤井・本山
編者・筆者紹介 [235-236]
索引 [1-6]

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