TRACERRRAACC EE RR

トレーサー

九州・パラオ海嶺の海洋コア年代推定〜安定同位体比によるアプローチ〜
松井浩紀＊1

Matsui Hiroki

池原実＊1

Ikehara Minoru

1．はじめに：海洋コア

堀川恵司＊2

Horikawa Keiji

岡﨑裕典＊3

Okazaki Yusuke

北西太平洋の海洋コアの年代モデルを 47 年ぶりに再編しました 1）。ここで年代モデ ルとは，海洋コ

世界の海底に降り積もった堆積物から得られる連

アのど の深さが ど の年代に相当するかを推定した

続柱状試料を海洋コアと呼びます。海洋コアを詳細曲線です。本稿では，同位体を用いた年代推定の原に解析することで，過去から現在にいたる地球環境理と全体の研究成果について紹介します。

変動（例えば海水温や全球の氷床量の変化）を解明することが可能となります。海洋コアのように過去の地球環境変動を記録する試料には他に極域のアイ

2．レガシー試料：Site 296 地点

スコア，浅い海のサンゴ礁，樹木の年輪等があります。

レガシー試料とは，1968 年から 2003 年までの深海洋コアは，海洋観測船や深海掘削船による研究

海掘削（DSDP/ODP）試料の通称です。2003 年以航海において採取されます。100 m 以上の海洋コア

降の IODP 試料と同様に，過去に採取されたレガを採取できる科学的な深海掘削の開始は，1968 年

シー試料も地球環境変動の解明に欠くことができまの深海掘削計画（DSDP）に遡ります。その後，国せん。今回，筆者らの研究グループは，1973 年の際深海掘削計画（ODP，1985~2003 年）と統合国際

DSDP 第 31 次航海によって掘削された Site 296 地

深 海 掘 削 計 画（IODP，2003~2013 年 ） を 経 て，点の海洋コアを対象としました（コア長約 300 m）

2013 年以降の国際深海科学掘削計画（IODP）に引（図 1）。

き継がれています。
今日まで 50 年以上，深海掘削試料はコアレポジトリーで適切に管理され，多数の研究に供されてきました。現在は IODP の枠組みの下，日米欧の世界3 か所のコアレポジトリーで保管・管理されています。高知コアセンター（高知大学と海洋研究開発機構（JAMSTEC）が共同で運営する研究施設）はコアレポジトリーの一角として，海洋コアの保管・管理の任務を果たしつつ，コア試料を用いた研究を推進しています（写真 1）。
筆者らの研究グループは，高知コアセンターで保管されているレガシー試料（後述）に着目し，微小な化石（微化石）の産出状況と安定同位体比を基に，

写真 1

高知コアセンターのコアレポジトリー太平洋西部とインド洋の深海掘削試料が冷蔵室で保管・管理されています。

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してきました。以降は特に，ストロンチウム安定同位体比（87Sr/86Sr），炭素・酸素安定同位体比（δ13C，δ18O）を用いた年代推定について紹介します。なおδ（デルタ）は標準物質に対する相対的な差を示し，δ値が大きいほど重い同位体（13C，18O）の存在比が大きいことを示します。
Sr の海洋における滞留時間は約 200 万年間であり，海洋循環の時間スケール（数千年）に比較して非常に長いことが知られています。このため，現在の 87Sr/86Sr は全海洋で同一の値を示します。また，
海水の 87Sr/86Sr は海生生物に同位体分別なく記録されます。これらの原理を利用して，過去 5 億年間のSr/86Sr スタックカーブ（複数地点のデータを統合87した単一の曲線）が求められています 4）。
海水の 87Sr/86Sr は主に大陸地殻由来と上部マント
図 1 Site 296 海洋コアの採取地点

ル由来の Sr の割合に応じて決定されます。したがって 87Sr/86Sr スタックカーブは過去の造山運動や海洋Site 296 地点（北緯 29 度 20 分，東経 133 度 31 分，底拡大速度の変化等を反映して変動します。年代推

水深 2920 m）は，九州付近から沖ノ鳥島を経てミ定には，未知試料の 87Sr/86Sr を測定し，絶対値や変クロネシアのパラオ付近にいたる南北 3,000 km に動パターンをスタックカーブと比較します。特に過わたる海底山脈である九州・パラオ海嶺の北端に位去 4,000 万年間は 87Sr/86Sr スタックカーブが単調増置しています（図 1）。Site 296 海洋コアは黒潮流路加の傾向を示すため，高精度の年代推定が可能となの近くで採取されたため，黒潮の長期的な変遷を記ります。

録した試料として期待されていました。同試料は微海生生物が記録するδ13C（炭酸塩δ13C）は海水化石の産出量や保存状態も良いため，微化石の骨格の溶存無機炭素のδ13C を反映します。後者のδ13Cを対象とした先端的な同位体分析が可能であり，北変動は主に全球の炭素循環に影響されます。すなわ

太平洋中緯度域では最良と見られる試料でした。しち，地球の炭素リザーバー（貯蔵庫）である大気・かし，1973 年当時の掘削技術のためコア回収率が海洋・植生・土壌・堆積物・岩石の間で炭素が交換低く，従来の年代モデル の不確実さも大きいため，されることによってδ13C は変動します。また，光海洋コア試料の連続性の評価について詳細な解析が合成は軽い炭素（12C）を優先的に固定するプロセ必要でした。そこで，Site 296 海洋コアの微化石のスであり，有機物の生成や埋没も炭酸塩δ13C の変産出状況を改めて精査し，新たに同位体分析も行う動要因となります。δ13C はδ18O よりも堆積後の続ことで，年代モデルの改訂に取り組みました 1）。

成作用による変質を受けにくいため，δ13C 分析は2）固結試料にも適用されています。
海生生物が記録するδ18O（炭酸塩δ18O）は海水3．同位体を用いた年代推定の原理のδ18O（主に全球の氷床量）と海水温を反映します。

同位体を用いた年代推定は，放射性同位体による海水の蒸発は軽い酸素（16O）から，降水は重い酸方法（例えば放射性炭素年代測定）と安定同位体に素（18O）から始まるため，氷床に記録されるδ18Oよる方法に大別されます。本稿で紹介する安定同位は小さい値を示すことが知られています。このため，体は，Harold Urey による同位体分別の理論的な計

氷床量が増加（減少）すると海水のδ18O，したがっ算 3）以来，海洋コア試料の年代推定・古海洋環境復て炭酸塩δ18O は大きい（小さい）値となります。

元に活発に利用されてきました。その歴史は深海掘

一方で熱力学的な関係から，海水温が低下（上昇）

削の歴史より約 20 年長く，両者は相乗効果で発展

すると炭酸塩δ18O は大きい（小さい）値となります。

22

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グを行

築しま
写真 2 δ C, δ O 分析に用いた底生有孔虫化石
1318４．年代モデルの構築と検証

図 3 87S

ひげ付きックカー

写真 2

δ13C, δ18O 分析に用いられる底生有孔虫化石統合

これらの原理から，海水の塩分や堆積後の続成作用孔虫化等考慮する必要はあるものの，炭酸塩δ18O は全球太平洋的な寒冷・温暖傾向を反映して変動します。

δ13C の

δ13C，δ18O 共に，微小な底生生物である底生有ブとお孔虫化石（写真 2）の分析から，過去 1 億年間のスタックカーブが構築されています 5）。未知試料のδ13C，δ18O を測定し，スタックカーブと絶対値や変動パターンを比較することで年代の推定が可能です。底生有孔虫δ18O による年代推定は過去 530 万年間の海洋コアに非常によく適用されています 6）。

4．年代モデルの構築と検証
Site 296 海洋コアの従来の年代モデルは，船上報
告の微化石の産出状況に基づいています 2）。ここで録する
図2

微化石年代推定

図 2 微化石年代推定て変動研究は更に，測定データの変動曲線とスタックカー
Site 296 海洋コアの従来の年代モデルは，船上報ブについてソフトウェア MATCH7）を用いたマッチ
告の微化石の産出状況に基づいています 2)。ここでングを行い，微化石と 87Sr/86Sr の統合年代モデルを微化石とは，顕微鏡で観察可能な海洋プランクトン構築しました。の化石であり，特徴的な形態の種が広範な海洋に出統合年代モデルの信頼性を検証するため，底生有現／絶滅するために，示準化石として海洋コアの堆孔虫化石について測定したδ13C とδ18O の変動を赤積年代を推定することができます。筆者らの研究グ
道太平洋のスタックカーブ 5）と比較しました（図 4）。
ループは，
Site
海洋コアの微化石（石灰質ナンノ
13
δ
C の変動
は296
約 2,000〜800万年前までスタック年前以よりもた。こ

万年前

洋循環

一方でタックと赤道的な氷の化石であり，特徴的な形態の種が広範な海洋に出化石，浮遊性有孔虫，放散虫）の産出状況を再検討
カーブとおおむね一致しており，Site
296 海洋コア
1313しました（図 2）。その結果，過去2,000 万年間にわが記録する北太平洋のδ
C と赤道太平洋のδCが現／絶滅するために，示準化石として海洋コアの堆たる連続的な年代推定を行うことができました。
同期して変動していたことが分かります。しかし約強く支積年代を推定することができます。筆者らの研究グ

800微化石（特に石灰質ナンノ化石）から構築した年万年前以降について Site 296 のδ C がスタック

ループは，Site 296 海洋コアの微化石（石灰質ナンノ化石，浮遊性有孔虫，放散虫）の産出状況を再検

カーブよりも少し大きい値（差は0.5 ‰以下）を示代モデルを検証し，更に高精度化するため，次に本しました。このことは北太平洋と赤道太平洋の間で討しました（図 2）。その結果，過去 2,000 万年間に約 800 万年前に海洋深層環境の違いが生じたこと，わたる連続的な年代推定を行うことができました。

特に海洋循環の変化 8）を反映している可能性があり微化石（特に石灰質ナンノ化石）から構築した年ます。一方で，δ18O の変動は過去 2,000 万年間を代モデルを検証し，更に高精度化するため，次に本通じてスタックカーブと一致しました。すなわち，研究で測定した浮遊性有孔虫化石 Sr/ Sr をスタッ北太平洋と赤道太平洋のδ18O が同調して変動してクカーブ 4） と比較しました（図 3）。わずかな違い

おり，全球的な氷床量の変動と深層水温の変化を反を除き，測定データの絶対値・変動パターン共にス映していると考えられます。これは統合年代モデル

タックカーブと一致しました。この結果は，微化石の正確さを強く支持する結果です。

微化石とは，顕微鏡で観察可能な海洋プランクトン

87

86

13

年代モデルの信頼性が高いことを示しています。本Isotope News

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No.77023と考え

究は更に，測定データの変動曲線とスタックカーブについてソフトウェア MATCH7) を用いたマッチングを行い，微化石と 87Sr/86Sr の統合年代モデルを構築しました。

図3

Sr/86Sr 年代推定

87

図 3 Sr/ Sr 年代推定

8786
ひげ付き白丸と黒線が今回の測定データ，灰色の線が 87Sr/ 86Sr スタックカーブを示します。

ひげ付き白丸と黒線が今回の測定データ，灰色の線が28786Sr/ Sr スタ

δ13C (‰)

ックカーブを示します。
100-1

統合年代モデルの信頼性を検証するため，底生有 1
太平洋のスタックカーブ 5)と比較しました（図 4）。3
底生有孔虫種 C. wuellerstorfi

4
δ13C の変動は約 2,000–800 万年前までスタックカー〃
C. mundulus

後期
前期
ブとおおむね一致しており，Site296中期
海洋コアが記更新世 鮮新世5δ18O (‰)-2孔虫化石について測定した δ13C と δ18O の変動を赤道 2

温暖

寒冷中新世

録する北太平洋の δ13C と赤道太平洋の δ13C が同期し05101520て変動していたことが分かります。しかし約800 万堆積年代 (100万年前)

13年前以降について
図 4 δ C, δ O 年代推定Site 296 の δ C がスタックカーブ
1318

黒ダイヤと白丸が今回の測定データ，灰色の線が赤道太平洋のスタックカーブを示します。

よりも少し大きい値（差は 0.5 ‰以下）を示しまし船上報

果，Site 296 海洋コアが過去 2,000 万年間を通じてここでた。このことは北太平洋と赤道太平洋の間で約800
5．まとめ：過去の温暖期の環境変動
連続的に堆積した貴重な試料であることを明らかにクトンしました（図 5）。中期中新世に相当する 1,600〜1,160
Site 296
地点における微化石の産出状況を再解析
万年前に海洋深層環境の違いが生じたこと，特に海洋に出アの堆研究グ

ナンノ

再検討

し，新たに安定同位体比分析を行うことで，掘削当万年前について，従来の船上報告では海洋コアが連洋循環の変化Site8)296を反映している可能性があります。
続的でない可能性が示唆されていましたが ，本研時は確立されていなかった海洋コアの統合2）1）
年代モデルを構築することができました。その結18

究により，Site 296 海洋コアの連続性が示されまし

一方で，δ O の変動は過去 2,000 万年間を通じてス

24

タックカーブと一致しました。すなわち，北太平洋
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No.770と赤道太平洋の δ O が同調して変動しており，全球
18

的な氷床量の変動と深層水温の変化を反映している0

コア深度 (mbsf)

50

100

150

200

250

300

コア 0
回収率
1R
2R
3R
4R
5R
6R
7R
8R
9R
10R
11R
12R
13R
14R
15R
16R
17R
18R
19R
20R
21R
22R
23R
24R
25R
26R
27R
28R
29R
30R
31R
32R

1015

20

可能性が高いと考えられます。なお 1973 年当時の掘削技術に起因するコア回収率が低い課題（図 5）については，将来的な Site 296 地点の再掘削により統合年代モデル

回収率の高い連続的な海洋コアの採取を期待できま船上報告す。
本研究成果は，海洋コアの年代推定に安定同位体比によるアプローチが有効であることを実証するものです。また，過去に採取されたレガシー試料の有用性，科学掘削の開始から 50 年以上にわたり試料の適切な保管・管理を続けているコアレポジトリーの重要性を広く示すものです。今後もレガシー試料新たに堆積の連続性が確認された区間

更新世 鮮新世0

図555

後期が活用され，海洋コア研究が進展することが期待さ
中期

中新世
10堆積年代 (100万年前)

15れます。

前期

20Site 296 海洋コアの年代モデル

白丸と実線が新たな統合年代モデル，灰色丸と破線が船上報告の年代モデルを示します。

た。今回確立した年代モデルでは約 2,000〜500 万年前について 1,000 年に 0.5〜2 cm ずつ，約 500 万年前以降について 1,000 年に 2〜4 cm ずつ堆積したと推定されます。
北太平洋中緯度域では過去 2,000 万年間を通じて連続的な堆積物は報告例がなく，Site 296 地点は同海域を代表する海洋コアになると考えられます。したがって，Site 296 地点は北太平洋の複数の海洋コアを対比する際のリファレンスサイト（標準的な地点）となることが期待されます。更に，Site 296 海

参 考 文 献1） Matsui, et al., Newsletters on Stratigraphy, 53, 313-331,
DOI: 10.1127/ nos/2019/0549（2020）
2） Ingle, et al., Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project,
31, 191-274, DOI: 10.2973/dsdp.proc.31.107.1975（1975）
3） Urey, Journal of the Chemical Society, 1947, 562-581,
DOI: 10.1039/JR9470000562（1947）
4） McArthur, et al., in The Geologic Time Scale 2012, 127144, DOI: 10.1016/B978-0-444-59425-9.00007-X（2012）
5） Cramer, et al., Paleoceanography, 24, PA4216, DOI:
10.1029/2008PA001683（2009）
6） Lisiecki and Raymo, Paleoceanography, 20, PA1003,
DOI: 10.1029/2004PA001071（2005）
7） Lisiecki and Lisiecki, Paleoceanography, 17, 1049, DOI:
10.1029/2001PA000733（2002）
8） Poore, et al., Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 7,Q06010, DOI: 10.1029/2005GC001085（2006）

洋コアを詳細に調べることで，黒潮をはじめとする北太平洋海洋循環の長期的な変遷史を探ることも可（＊ 1 高知大学海洋コア総合研究センター，＊ 2 富山

能となります。特に，過去 3,000 万年間において最大学学術研究部理学系，＊ 3 九州大学大学院理学研も温暖な時代であったとされる中期中新世につい究院）て，連続的な北太平洋の海洋環境変動を復元できる

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