ポイント

  • ・千葉県市原市千葉セクションの世界最速級の堆積速度※1をもつ地層から、70-80万年前の時代について、前例のない高解像度(10年)の古海洋環境記録を得ることに成功した。
  • ・それにより、北大西洋と北太平洋で同時に起こった多数の急激な温暖化と寒冷化を発見した。
  • ・約79万年前〜76万年前の間氷期の気候記録は、将来の気候予測に役立つと考えられている。
  • ・記録の中に、太陽活動起源と思われる約200年の周期性をともなう急激な温暖化が突然の大寒冷イベントで終わる現象が見つかった。大寒冷イベントの発生は、大量の氷山流出により融氷水が北大西洋表面を覆ったことが原因であると思われる。
  • ・周期性を伴う温暖化と寒冷化は地磁気逆転直後に2度、その約1万年後にもう1度繰り返した。前者は間氷期※2の最温暖期、後者は2番目の温暖期の中で起こっており、この期間の気候が太陽活動に敏感になる条件を満たした可能性がある。

研究の背景

 過去260万年間の第四紀の気候は地球の公転軌道や自転軸の傾斜角などの変化による日射量の地理的分布の変化により、氷期と間氷期を繰り返しています。それは2万年より長いミランコビッチ周期※3で起こりますが、最終氷期には千年~数十年の短い時間スケールで起こる急激な気候変化が知られています。それは、少し誇張されていますがデイ・アフター・トゥモローという映画の題材にも使われています。

 約79万年前〜76万年前の間氷期は、軌道要素が完新世(1.1万年前~現在)に近いことから、その気候記録が将来の気候予測に役立つと考えられています。また、最後の地磁気逆転が同間氷期中に起こり、それが原因で最高海面期に寒冷化が起こったことでも注目されています。しかし、その後の気候回復については謎のままです。2015年と2016年に同間氷期の気候の高解像度(約200年ごとの)記録が2カ所で発表され、間氷期の後半に千年スケールの気候変化が多数見つかりました。しかし、それがグローバルな現象なのか、真の気候現象なのかさえも分かっていませんでした。

 さらに、地質時代の更新世前期-中期境界が同間氷期の中に決められようとしており、現在、国際地質学連合の下部組織のワーキンググループがその国際模式地を選考中です。本研究を行った日本の千葉セクションはその模式地の候補地です。

研究の内容

 上記の問題の解明をめざし、同時代の地層としては堆積速度が世界最速級の千葉県上総層群のボーリングコアから、世界に例のない10年という高解像度の古海洋環境記録を取得しました。そして、大阪湾、北大西洋の記録と合わせて、3地域で同時に起こる急激な温暖化と寒冷化を多数発見しました。中でも地磁気逆転直後に起こる約200年の周期性を伴う急激な温暖化が4周期目に突然の大寒冷イベントで終わる現象はユニークです。その寒冷イベントは、氷山が北大西洋の中緯度域まで到達する大氷山流出イベントと同時に起こっていることから、融氷水が北大西洋表面を覆ったことが原因であると思われます。

 この周期性を伴う温暖化と急激な寒冷化は地磁気逆転直後に2度繰り返し、その約1万年後にもう1度繰り返しました。いずれも地磁気強度は元の強さに回復した後です。この研究では、同間氷期の後半が、数mの海水準変動を伴う氷床の拡大縮小を500年~2000年間隔でくり返す激しい気候変化の時代だったことも明らかにしました。

 急激な温暖化が突然の大寒波で終了する現象は同間氷期の最温暖期と2番目の温暖期の極めて短期間にだけ起こっています。この約200年の周期は太陽活動のde Vries Cycle(205年)である可能性が高く、その現象が起こった期間の気候は太陽活動に敏感だったことになります。太陽活動の気候への影響は、日射量だけでなく、銀河宇宙線を介した雲量変化がもたらす日傘効果によっても起こります。

図1 試料地点

(a)千葉セクション、大阪湾、北大西洋中緯度(U1313)の試料地点。
(b)(c)千葉セクションの位置。
(d)千葉県養老川沿いの千葉セクション近くのボーリングコアTB2の位置。
図2 約79万年前から75万年前までの3地域の古気候・古環境記録

(a)大阪湾
(b, c)千葉セクション
(d)北大西洋の記録。
(e)は日射量から推定した氷体量変化。MBBは地磁気逆転の位置を示す(MBB; Matuyama-Brunhes Boundary)。地磁気逆転後、3地域に共通の高海面/温暖イベントが8回(A~H)起こっている。イベントG,H付近において、大阪湾で気候が最温暖化し、北大西洋では表層水温が最温暖化している。
図3 高海面/温暖イベントA,BおよびG,H付近の拡大図

(a)海表面の生物生産量の指標(上)と海底の嫌気的環境の指標(下)。αとεは北大西洋の氷山流出イベントの時期を示す。両矢印は200年周期4つからなる温暖化の範囲を表す。
(b)は完新世のボンドイベントを示すデータ。形はB, G, Hの温暖化と似ているが、ボンドイベントは寒冷化と解釈されており異なる。

今後の展開

 今後、同じ現象が他の地域でも観測されるかどうか検証が始まると思われます。特に、南半球でも起こるグローバルな現象かどうかを検証することはメカニズムを解明する上で大きな鍵となります。過去に起こった温暖化の中で、今回発見した現象は極めて特異ですが、地球温暖化の多様性を知ることになり、現在の地球温暖化を理解する上でも重要です。

 なお、この発見は、現在国際地質科学連合の下部組織のワーキンググループが地質時代の更新世前期-中期境界の国際標準模式地の候補地として審査中の千葉セクションでなされています。千葉セクションが学術的に高い価値をもつことを示した意義は大きいと思われます。

用語解説

  • ※1 堆積速度: 海底や湖底に泥などが溜まる速さ。例)千年あたり厚さ何cm。
  • ※2 間氷期: 氷河時代のうち、特に寒冷で氷床や氷河が大規模に発達した時期を氷期と言い、氷期に挟まれた温暖な時期を間氷期と言う。
  • ※3 ミランコビッチ周期: 地球の公転軌道や自転軸の傾きなどの周期的変化によって、日射量の地理的分布が変動する周期。

謝辞

 本研究には日本学術振興会の科学研究費と、一部三菱財団の助成金が使われています。

論文情報

・タイトル
Millennial-scale northern Hemisphere Atlantic-Pacific climate teleconnections in the earliest Middle Pleistocene
doi: 10.1038/s41598-017-10552-2

・著者
兵頭政幸(神戸大)、バラージュ・ブラダック(神戸大)、岡田誠(茨城大)、加藤茂弘(兵庫県人と自然博)、北場育子(立命館大)、デイビッド・デットマン(アリゾナ大)、林広樹(島根大)、熊澤亘洋(神戸大)、廣瀬孝太郎(神戸大)、風岡修(千葉県地質環境研)、紫谷築(島根大)、北村晃寿(静岡大)

・掲載誌
Scientific Reports

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