日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究Ａ
別府湾柱状堆積物の解析にもとづく過去8000年間の太平洋十年規模変動の復元
平成28年度から平成３０年度まで
代表者：北海道大学大学院地球環境科学研究院 准教授 山本正伸
分担者：
加三千宣（愛媛大学）
竹村恵二（京都大学）
高原光（京都府立大学）
大森貴之（東京大学）
原口強（大阪市立大学）
池原研（産業技術総合研究所）
入野智久（北海道大学）
池原実（高知大学）
協力者：
山田圭太郎（立命館大学）
鈴木克明（早稲田大学）
学生：
嶋田美咲（京都府立大学）
三浦直人（北海道大学）
丸山亜伊莉（北海道大学）
瀬川雄大（北海道大学）
鈴木健太（北海道大学）
櫻井弘道（北海道大学）
石下浩平（愛媛大学）
高松裕子（愛媛大学）
玉井大道（愛媛大学）
森野裕貴（愛媛大学）
山本あかね（愛媛大学）
古市恵理（愛媛大学）
宮崎博行（愛媛大学）
徳永聡（愛媛大学）
①研究の学術的背景
①-1 研究動向
太平洋十年規模変動（PDO; 20年，50年周期変動）とは，北太平洋にみられる大気海洋循環の10年規模変動であり，北太平洋中緯度域の海面水温の東西逆位相変動として現れる（Mantua
et al., 1997; Minobe, 1997など）．PDOは太平洋におけるマイワシとカタクチイワシの魚種交替，ニシン，マスなど浮魚資源の同期的な変動（Kawasaki et al., 1983ほか）の原因である．このような大気海洋循環と海洋生態系の連動した10年規模で起きる転換をレジームシフトと呼ぶ．現在進行中の温暖化において，PDO正位相のときに温暖化が促進し，負位相の時に温暖化が停滞する傾向があり，海洋深層への熱の輸送にPDOが関与している可能性がある（Meehl et al., 2011など）．一方温暖化に伴い，PDOとレジームシフトの様態がどのように変化するかは分かっていない（川崎，2007）．気候と水産資源の将来を予測する上で，PDOと気候モードとの関係を理解することが必要である．
①
−２ 着想に至った経緯
申請者らの先行研究（三井物産環境基金R09-B022, 平成22年度〜平成24年度）では，別府湾水温とPDO指標が有意な負の相関を示すことを利用し，別府湾で採取した長さ9mの柱状堆積物の分析から，過去2900年間を通じてPDOと魚種交替が継続していたことを明らかにした．PDOの周期は時代を通じて大きく変化しないが，変動の振幅は数百年スケールで変動したことが示された．変動の振幅の大きな時期は地球上で巨大噴火が頻繁に起きた時代に対応することが明らかになった．全球大気海洋循環モデルのシミュレーションでも，巨大噴火による日射の減少によりPDOが正位相に変化し，振幅が大きくなった．このことからPDOが地球の放射収支変動と密接に関連していることが示唆された．この成果をさらに確固たるものにするには，もっと長い期間の堆積物の解析を行い，上記の現象が放射収支の変動に伴い起きたことを示すことが重要である．先行研究では，過去2,900年間を通じてマイワシ鱗堆積速度が10年規模変動を示しながらも徐々に減少してきたことも明らかになった．別府湾でもっと長い柱状堆積物を採取し，分析することにより，PDOとレジームシフトの長期的変化を復元できるだけでなく，マイワシ資源の長期的変化を明らかにすることが可能であると考えた．
②
何をどこまで明らかにしようとするのか
本研究では，別府湾で採取した長さ20ｍの柱状堆積物を用いて，古水温の解析と魚鱗量の測定を行い，過去約8000年間の太平洋十年規模変動とレジームシフトを復元する．特に，夏季日射量が現在よりも高かった中期完新世（8,200年前から4,200年前）や過去1万年間で世界最大規模の鬼界カルデラ噴火（7,300年前）前後に着目し，太平洋十年規模変動（PDO）およびレジームシフトの挙動と地球の放射収支との関係を検討する．また，過去8000年間のマイワシ資源の長期的変化を明らかにし，その原因を気候学的観点から考察する．
③−１学術的な特色・独創的な点
別府湾には，還元的水塊が存在し，底生生物の活動が抑制されており，堆積物が撹拌されずに堆積している．また，半遠洋性泥の堆積速度が平均0.25 cm／年と海底堆積物としては例外的に速い．このような条件にあるため，堆積物コアを1 cm間隔で分割すると4年間隔で記録を復元することが可能である．また魚の鱗は還元的環境でのみ保存されるので，鱗化石研究は，還元的環境でのみ行うことができる．このような研究が可能な場所は，世界の海洋でも数カ所しか報告されておらず，別府湾は極めて貴重な研究サイトである．
本研究では，過去の水温と魚鱗について同一試料を用いて分析するので，海洋気候と海洋生態系の対応関係を検討することができる．このような研究は我々自身の先行研究を除いて例がない．
③−２予想される結果と意義
放射収支とPDOの関係を理解することは，温暖化にともなうPDOの特性の変化を予測するのに役立つ．PDOとレジームシフトの将来予測は，気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の報告書でも重点的に記述されており，今後の気候・環境研究における重要課題である．先行研究では，大気が海洋よりも冷たいときにPDOは正位相になり振幅が大きく，大気が海洋より暖かいときにPDOは負位相になり振幅が小さい傾向がみられた．もしこの現象が大気海洋間の放射収支に依存するのであれば，北半球夏季日射が大きかった中期完新世では現在よりもPDOは負位相気味で振幅が小さかったはずである．また，鬼界カルデラ噴火直後では日傘効果によりPDOは正位相になったはずである．これらを確かめることにより，PDOと放射収支の間にみられる普遍的関係を明らかにできると考えている．
論文発表
Yamada,
K., Takemura, K., Kuwae, M., Ikehara, K., Yamamoto, M. (2016) Basin filling
related to the Philippine Sea Plate motion in Beppu Bay, southwest Japan.
Journal of Asian Earth Sciences, 117, 13–22.
Yamamoto,
Y., Ajioka, T., Yamamoto, M. (2016) Climate reconstruction based on
GDGT-based proxies in a paleosol sequence in Japan: Postdepositional effect on
the estimation of air temperature. Quaternary International, 397, 380-391.
Yamamoto,
M., Yamamoto, Y., Takemura, K. (2016) Glycerol dialkyl glycerol tetraethers in
the Ohno River estuary, Japan. Quaternary International, 117, 13-22.
Yamada,
K., Takemura, K., Kuwae, M., Yamamoto, M., Danhara, T. (2017) Revised ages of
Late Holocene tephras in Beppu Bay, central Kyushu, southwest Japan. Quaternary
International, 452, 33-42.
Kuwae,
M., Yamamoto, M., Sagawa, T., Ikehara, K., Irino, T., Takemura, K., Takeoka,
H., Sugimoto, T. (2017) Multidecadal, centennial, and millennial variability in
sardine and anchovy abundances in the western North Pacific and climate-fish
linkages during the late Holocene. Progress in Oceanography, 159, 86-98.
原口強，吉永佑一，佐藤智之，竹村恵二，2018. 別府湾の日出沖断層群は活断層か？月刊地球，号外Ｎｏ. 69，73-78，海洋出版「西南日本の第四紀地質学－竹村惠二教授退職記念号－」
学会発表
山本 正伸、加 三千宣、別府湾コア
研究グループ（2016）過去2900年間の太平洋十年規模変動と社会への影響.日本地球惑星科学連合2015年大会.千葉 20160524
Yamamoto M, Kuwae M, Irino T, Ikehara K and Takemura K. (2016)
Reconstruction of Late Holocene Flooding History by GDGT Proxies in Beppu Bay
Sediments. Goldschmidt Conference2016. 横浜20160627
Masanobu Yamamoto, Michinobu Kuwae, Tomohisa Irino, Ken Ikehara,
Keiji Takemura (2016) GDGT record of late Holocene flooding history from Beppu
Bay sediments. Biomarkers and Molecular Isotopes: International Workshop of
Organic Geochemistry. Osaka 20160705.
高原 光：晩氷期以降における落葉広葉樹林から常緑広葉樹林／スギ林への移行時期の地域的な相違．日本第四紀学会シンポジウム 「改めて問う”縄文海進”とは何か？−第四紀学的視点からの再検討−」，明治大学駿河台校舎，2018年2月17日
加 三千宣・山本正伸・別府湾海底コア研究グループ（2017）別府湾海底堆積物の魚鱗記録からみた後期完新世のイワシ類の長期動態．日本第四紀学会2017年大会, 福岡.
2017年8月28日, 講演要旨集, 42，p71
加 三千宣、山本 正伸、竹村 恵二、池原 研、山田 圭太郎、石下 浩平、高松 裕子、杉本 隆成(2017) 完新世の気候変動に対する北西太平洋のイワシ類の応答日本地球惑星科学連合2017年大会, 千葉. 講演情報https://confit.atlas.jp/guide/event/jpguagu2017/subject/E_AOS31-P05/detail?lang=ja ポスター
入野智久・丸山亜伊莉・池原研・山本正伸・加三千宣・竹村恵二 完新世別府湾堆積物中砕屑物の鉱物組成に基づく供給源推定 2017年度日本地球化学会第64回年会 2017年9月13日 東京工業大学．
池原 研、入野智久、竹村恵二、山田圭太郎、原口 強、加三千宣（2017）別府湾最奥部のイベント堆積物の示すもの：どの程度の地震であれば別府湾最奥部にイベント層を形成できるか？日本第四紀学会2017年大会（福岡大学）、2017/08/26、口頭発表
Ikehara, K. and Subaqueous event deposit study group (2017)
Controlling factors of stratigraphic occurrences of fine-grained turbidites:
Examples from the Japanese waters. 2017 AGU Fall Meeting (New Orleans),
2017/12/15, Poster
山本 正伸、加 三千宣、瀬川
雄大、入野 智久、池原 研、竹村 恵二（2017）別府湾堆積物中のGDGT組成から復元した後期完新世洪水記録．地球惑星科学連合2017年大会，千葉市， 20170522，口頭
瀬川雄大・山本正伸・加三千宣・竹村恵二（2017）バイオマーカーを用いた別府湾堆積物コア中の洪水層の同定. 2017年有機地球化学シンポジウム．高知市，20170830，ポスター
三浦直人・山本正伸・加三千宣・竹村恵二・別府湾コア研究グループ（2017）別府湾の海洋堆積物コアを用いた古海水温の高解像度復元．第三回地球環境誌学会年会．福岡市，20171118，ポスター
山田
圭太郎(京都大)・加三千宣(愛媛大)・池原
研(産総研)・山本
正伸(北海道大)・原口強(大阪市立大)・竹村惠二(京都大)，別府湾における過去7300年間のイベント記録とその頻度，国際火山噴火史情報研究集会，2017年6月，福岡
山田
圭太郎(京都大)・加三千宣(愛媛大)・池原 研(産総研)・山本
正伸(北海道大)・原口強(大阪市立大)・竹村惠二(京都大)，別府湾におけるK-Ah降灰以降のイベント堆積物とその頻度，口頭(シンポジウム)，第四紀学会，2017年8月，福岡．
別府湾でコアリング（大阪市立大学原口強准教授撮影）