共同研究報告書
研究区分

萌芽研究（６）

研究課題

アイスコア中の有機物トレーサー分析による過去の大気環境の復元

新規・継続の別萌芽（１年目/全 3 年）

研究代表者／所属

北大低温研研究代表者／職名

准教授

研究代表者／氏名

関 宰

研究分担者／氏名／所属／職名
氏

名

所

属

職

1河村公隆

北海道大学低温科学研究所教授

2

的場澄人

北海道大学低温科学研究所助教

3

白岩孝行

北海道大学低温科学研究所准教授

4

本山秀明

国立極地研究所教授

5

東久美子

国立極地研究所准教授

6

阿部彩子

東京大学大気海洋研究所准教授

研究目的

名

山岳氷河や氷床のアイスコアは過去の地球環境情報を保存した記録媒体である。アイスコアは高い時間分解能をもつなど、過去の大気環境情報を詳細に保存している点において優れている。本研究では、これまで当グループが実施してきた有機エアロゾル研究とバイオマーカーを用いた古気候復元の手法をアイスコア研究に応用することで、アイスコアによる古環境研究をさらに発展させることを目的とする。
脂質化合物や糖類には起源特異性を持つ有機化合物が数多く存在し、起源トレーサーとして、地球化学の分野で利用されている。またそれらの分子組成や安定同位体比は気温/湿度、植生や水循環など反映することが知られており、古気候トレーサーとして主に堆積物に適用されてきた。これらの有機分子トレーサーをアイスコアに適用することで、有機エアロゾルの起源、循環と輸送経路に関わる情報を抽出でき、気候変動にともなう大気循環のシフトの時空間的な議論が期待できる。
また、これまで当研究室で開発してきた二次有機エアロゾル（SOA）の測定法をアイスコアに応用することで、雲凝結核として地球の放射収支に関与する水溶性の生物起源有機エアロゾルの放出量の変動を復元できる可能性が高い。特にイソプレン・モノテルペンなど生物起源揮発性有機化合物（BVOC）の光化学酸化生成物などの SOA トレーサーを測定することにより、BVOC の放出量の歴史的変遷が復元できる可能性がある。イソプレンの放出量は気温に強く依存すると考えられているが、長期的な気候の変化とこれらの放出量の関係はわかっていない。アイスコアの解析によりその関連の検証が期待できる。
これらの新規有機物トレーサーを用いたアイスコアの研究はこれまで行われておらず、世界初の試みである。本研究は新しい研究分野の開拓と位置づけられ、これまで無機化学中心であったアイスコア研究に新しい流れを導入し、新たな展開を図るものである。

研究内容・成果

前年度はグリーンランドアイスコア（Site-J）の有機分子トレーサー記録の解析を行いつつ、一方でアラスカアイスコア（オーロラピーク）中の有機物の分析に従事した。このうちグリーンランドアイスコアのデータについては詳細な解析を行った。以下にそれぞれの成果を記す。
1. グリーンランドアイスコア(Site-J)中の土壌有機ダストトレーサー分析によるアジア起源ダストの長距離輸送メカニズムの解明
アジア起源のダストは遠隔地まで長距離輸送されるため、地球の放射バランスに作用し、全球的な気候に影響を与えている可能性が指摘されている。
本研究ではアイスコア中に土壌ダストの有機分子トレーサー（長鎖ジカルボン酸）を検索し，過去 450 年間のアジアダストの変遷を復元した。その結果、アイスコア中の長鎖ジカルボン酸濃度の変動は夏の北極振動と同調していることが明らかになった。これにより、アジアダストの極域への輸送は（数十年規模の変動においては）夏の北極振動によって支配されている可能性が示唆された。さらにアジアダストの輸送と夏の北極振動は太陽活動の変動と同調していることも見いだした。これらの結果から、太陽活動とアジアダストの発生と長距離輸送を結びつける物理的なメカニズムが北極振動である可能性が示された。またグリーンランドアイスコア中の有機物と鉱物ダストトレーサー（カルシウムイオン）を比較したところ、両者の相関はそれほど高くないことが明らかになった。これは両者の輸送メカニズムの違いを反映していると考えられた。このように、アイスコアの有機物の分析によってアジアダストの極域への長距離輸送に関する新たな知見が得られ、アイスコアの有機物分析は有効な手法であることが示された。この成果は現在論文としてまとめており，近日中に投稿予定である。

Figure 1 Comparison of Greenland ice core records with reconstructed
multi-decadal solar cycle and climatic oscillations. A) Solar cycle andACLLMA in Site-J. B) Warm season AO indexreconstructedfromtree ringsand concentration of LDA in Site-J.C) Central Greenland ice core oxygenisotope ratio (∂18O), which is indicative of AMO index and concentrationsof calcium (Ca2+) in GISP2. The solar cycle, warm season AO, ice core∂18O
and Ca2+ records are smoothed by a 11 yr moving average.
2. アラスカ・オーロラピークアイスコアへの新規有機分子トレーサーの適用
2008 年にアラスカ山脈のオーロラピークにて採取されたアイスコア中のイソプレンおよびモノテルペンの SOA トレーサーおよび、バイオマス燃焼トレーサーのレボグルコサンとデヒドロアビエチン酸の測定を行った。

これらのトレーサーの評価、検討を目的として、過去約 30 年間については季節変化を解析可能な解像度で分析を行った。また１９９０年以前については４年間隔で分析を実施した。その結果、ほとんどの層準においてこれらの化合物が検出可能なレベルで含まれており、これらの有機分子トレーサーがオーロラピークアイスコアに適用可能であることが示された。
過去約３０年の高解像度データ
2000 年から 2004 年の期間を除き、イソプレンとモノテルペン SOA トレーサーの濃度は夏期に高い傾向を示した。一般的に、大気中におけるこれら生物起源の SOA 生成は植物の生産が活発で気温の高い夏期に増大することが知られている。従って，アイスコア中の夏期における高い SOA トレーサー濃度は、基本的に生物起源の SOA 生成量の季節変化を反映したものと考えられる。
一方でバイオマス燃焼トレーサーのレボグルコサンとデヒドロアビエチン酸についても基本的に夏期に濃度のピークが見られた。一般にアラスカやシベリアなどの北方林の森林火災は夏期に発生する。このことから、アイスコ
ア中のレボグルコ酸も夏期におけるアラスカの森林火災を反映している可能性が高い。さらにアイスコアのバイオマス燃焼トレーサーの記録をアラス
カの森林火災の焼失面積の経年変化と比較したところ、いくつかの大規模な森林火災イベントとアイスコアのバイオマス燃焼トレーサーのピークが良く対応していることが見いだされた。この結果から、オーロラピークアイスコア中のバイオマス燃焼トレーサー分析により、過去のアラスカの森林火災の歴史を復元できる可能性が示唆された。
過去約２５０年間の有機分子トレーサーの記録
過去２５０年間のイソプレンとモノテルペン SOA トレーサーの記録はほぼ同様の変動パターンを示し、1740-1830 年で比較的高く、1840-1870 年および 1930-1970 年で低い傾向を示した。アイスコア中の生物起源 SOA 濃度を支配する要因は複数考えられる。どの要素が最も卓越しているかを判断するには今後詳細な解析を行う必要があるが、オーロラピークアイスコアから生物起源の 2 次有機エアロゾルに関する過去の情報を抽出できる可能性が示唆される。今後、さらに追加分析を行い、解析を進めていく予定である。
一方、オーロラピークアイスコアのレボグルコサンとデヒドロアビエチン酸の記録は過去２５０年間において同様の変動傾向を示し、1740-1850 年で比較的高く、1930-1970 年で低い傾向を示した。この結果から、1830 年以前には森林火災が活発に起こっていた可能性が示唆される。こちらについてもデータ数をさらに追加する予定である。気温や降水量などの復元記録との比較から、アラスカ森林火災の発生メカニズムについて新たな知見が得られることが期待できる。

Figure 2. Upper figure shows changes in concentrations of isoprene andmonoterepene SOAs in Aurora Peak ice core since AD 1760. Bottom figure
represents concentrations of levoglucosan and dehydroabietic acid inAurora Peak ice core since AD 1760.

成果となる論文・学会発表等

論文[1] K. Kawamura, K. Matsumoto, E. Tachibana, and K. Aoki, Low molecularweight (C1-C10) monocarboxylic acids, dissolved organic carbon and major
inorganic ions in alpine snow pit sequence from a high mountain site,
central Japan, Atmos. Environ., 62, 272-280, 2012.
[2] Kawamura K., Izawa Y., Mochida M. and Shiraiwa T., Ice core records ofbiomass burning tracers (levoglucosan and dehydroabietic, vanillic and phydroxybenzonic acids) and total organic carbon for past 300 years in theKamchatka Peninsula, Northeast Asia (2012),

GeochimicaCosmochimicaActa, on-line publication 27 Nov. 2012, doi:
10.1016/j.gca.2012.08.006.
[3] S. Yamamoto, K. Kawamura, T. Kariya, O. Seki, M. Lee, Influence ofaerosol source regions and transport pathway on ∂D of terrestrial higher
plant biomarkers in atmospheric aerosols from the East China Sea,Gochimica et CosmochimicaActa, in press.
[4] P. Sankelo, K. Kawamura, O. Seki, H. Shibata, J. Bendle, n-Alkanes infresh snow in Hokkaido, Japan: implications for ice core studies, Arctic
Antarctic and Alphine Research, in press.
論文（準備中）[1] O. Seki, K. Kawamura, I. Suzuki, J. Bendle, Y. Fujii, Ice-core records
reveal multi-decadal climate oscillation controls on the long-range
transport of Asian dust to the Arctic.
学会発表[1] 関宰，James Bendle, 河村公隆，藤井理行，グリーンランドアイスコアの過去 450 年間の土壌有機物ダストの記録 ，日本地球化学会，九州大学，
2012 年 9 月.
[2] 関宰，河村公隆，藤井理行，グリーンランドアイスコア中の有機化合物分析による過去４５０年間の気候変動，大気雪氷物質交換の研究集会，極地研，2012 年 10 月.
[3] 関宰，他，北半球アイスコアの有機物分析による過去数百年の気候変動復元，研究集会「北極域における過去の気候・環境変動」，2013 年 3 月
25-26 日開催.