Nagoya University

完新世の海水準・気候変動の地球化学的手法による研究

中井信之・大石昭二

名古屋大学理学部地球科学教室
464 名古屋市千種区不老町
はじめに堆積物 l 乙は地球古環境の記録が様々な形で残.されている。古環境の中で，古気候や古海水準の変動の歴史を知るには，肉眼で識別できる生物化石や有孔中・珪藻・花粉などの徹化石を同定する.方法がある。また近年，以下 i 乙述べるように形としては認識できないが，化学組成・同位体組成として残された記録である化学化石 (Chemicalfossil)の化学的同定による方法が用いられるようになってきた。何れの方法で古環境を解明するにしても，正確な年代尺度がない限り，環境変化が地球規槙か否かを判定できず環境変化の原因究明への一歩を踏み出す乙とができない。
そこで，加速器質量分析技術( A M S )はより堆積物柱状試料 i 乙含まれる少量炭素試料を用いての UC 一年代測定が可能になり，正確な年代尺度比対する古環境変動を明らかにすることができるようになった。

Z

研究目的
最終氷河期( Würm 又は Wisconsin 氷期)終末し，約 1 万年 BP 以降の Holocene .
(完新世)の古気候(温度)・古海水準変動ノ f ターンを解明するのが本研究の目的である。特 i 乙

堆積物コア中 I 乙見出される数少ない貝化石や低含有量のフ多くの三Eン質により可能な限り数UC 一年代を測定し，堆積速度の変動による年代尺度の誤差を最小限にした。

研究方法

本研究では， 1985 年 i 乙川崎市の川中島中学校校庭で掘削された多摩川下流漏れ谷の東京湾 Holocenè 堆積物コア(I11 崎 Loc. 3 コア)を用いた。乙の川崎 Loc.3

コアの堆積物の概略は下記の如くである。
掘削点の地表海抜

ボーリングコア全長

43 75m

最深部付近 (4060m)の 14C 年代

地質柱状図:第 l3‑ .
1058m

AM S 14C

1 0， 510 土 1 70yr.BP

図年代測定

堆積物コアの深度 9.82m から 4 0.6Om の聞の 1 7 層準の貝化石( 13 層準のウラカガし3 膚準のヤマトシフ層準のゴイサギ)を用いて，中井・中村 (1983)(1)

Nakai et al. ( 1984) ( 2 ) ,Nakamura et a¥
. ( 1985) (3) の方法で前処理と試料調製を行なった。そしての元素状炭素で C-Ag ペレットとし，名古屋大学アイソト3 ‑‑ 5mgープ総合センター加速器質量分析計により1. 9MV のターミナル電圧で Uc 1 13 C 比を測定13した。また，貝化石以外 lζ8 眉準のフミン質有機物炭素についても同撮 i 乙 14C 1C 比を測定した。

14C 一年代値の算出 l 乙は半減期5， 570 年を用いた。このように

Holocene 海進.海退期の厚さ約 30m の堆積物層で 2 5 層準もの 14C 年代値の測定は世界的にも初めてのことである。

phu

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Nagoya University3‑ 2.

堆積有機物の炭素安定同位体比 ( 13 C/UC) の測定

天然 i 乙・存在する炭素の同位体の中で安定同位体である 13C は古環境の追跡に有用である。古海水準・古気候変動を知る為u::.，堆積物コア試料を約 25cm 間備で採取し，中井ら( 1982)C4) ,Nakai (1986) C5) , Nakai (1987) C6 )の方法に従い有機物の llCI Uc比を測定した。乙の安定同位体比は試料を CO ，として，

Varian MAT CH‑7により測定した。測定結果は世界共通の極準試料 P DB (13C111C

質量分析針=0.0112372 )の同位体C 7)。

比からの千分偏差。 UC( ゐ)で表現する(13C/Uc)訟判一( 13C/12C) 傾噂。日 CX 1000(ISC/IJC). "乙の ð 13C 値の測定誤差は土 01 偽であった。

3‑ 3.

堆積有機物の C/N 比の測定

堆積物 I e:.含まれる有機物の C/N 比も古堆積環境を敏感 I C.反映する。そ乙で ，ISC

値の場合と同様に約 25 cm 間隔で試料を採集し，中井ら( 1982 )C4)の方法により CN コーダ(柳本 MT-500 型)を用い C/N 比令測定した。

4

結果と考察

4‑ 1AMS Uc 年代と川晴 Loc.3
有機物による

1 0. 000 年 BP

コアの深度 9.8 2m から以降の堆積速度の変動

4 0.60m の聞で 1 7 層準の貝化石と 8 層準のフミン質

14C 年代値の深度変化を第 2 図に示した。図 l 乙見られる躍に，貝化石 14C年代(直は深度と良い相関を示すが，フミン質年代値は深度とは無関係にばらつく乙とがわかった。また，貝化石とフEン質年代では細粒( c1ay )堆積物層では良く一致するが.粗世( silt.
.
. sand)堆積物層では一致せず，フい年代を与えた。乙れは，フE

Eン質年代の方が1. 000.......4000 年古ン質年代は信頼性がないことを示しているので C 6) ,本研究の年代尺度として貝化石 I'C 年代を用いる乙とにした。との堆積物コアの深度 1 7.75.
.
.
.
.
.18.10m 層準 iζ 鬼界アカホヤ火山灰( K‑Ah)が磁認された。火山灰 K-Ah の年代はら 300 年 BPC8 )とされているので，本堆積物コアの乙の火山灰層準直上と直下の貝化石 I'C 年代値と比較すると第一表のようになる。今回得られた 14c 年代値と非常に良く一致する。

次 lζ ，堆積速度について考察する。第 2 図 i乙見られる様 l乙約 1 0. 000 年 BP 以降堆積速度は大きく変動した。この約 30m 層厚の聞に 5 つの堆積速度の異なる期聞が見出された(第 2 表)。この様 I Co ，堆積速度は最大 3 0cm/ 年から最低 0.04 6cmI 年まで 2 桁近い驚くべき大きな変動があった乙とが明白になった。深度 30m 前後の siltをはさむ屈で最大の堆積速度を示し，深度 1 7.
.
. 16m (14C 年代で約6， 000...... 4. 000 年 BP の縄文前期~中期)の最高海水準。最大海進期(後述の 8 叱， C/N 比から推定)は最低の堆積速度を示した。そして，深度 15m 以浅の梅退・低梅水準期(約4. 000...... 3， 500 年 BP 以降の縄文後期) I 乙入って再び堆積速度は桁違いに大きくなった乙とを物語っている。乙の織に，堆積速度と海水準の聞に密接な関係が示された。

4 ̲. 2.

堆積有槻物の ð Uc 値及び C/N 比からみた古海水準・古気候の変遷

前項で得られた 5 層厚の異なる堆積速度から，各試料深度の I'C 年代を求め ，llC 値と C/N 比の年代による変動パターンを求め，古海水準・古気候の変還を明らかにしてみた。

‑17‑
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堆積物 l こ含まれる有機物の ð \3 c 値と C/N比は堆積当時の海水準すなわち気候(温度)と密撞な関係をもっ。すなわち，堆積物中の有機物の供給源は大きく下のように 2 つに分けられ2 供給源の堆積物への寄与の割合は，海水準によって変化すると考えられる。

堆積有機物=海水中のプランクトン遺骸+陸上の生物遺骸

そして，その 2 供給源の ð Uc 値と C/N 比はそれぞれ異なる値をもつことが知られている。

海洋プランクトン

ð 1Jc =ー 19.......-23 ゐ ，

C/N

6.
.
.
.
.
.
.
7

陸上の生物

ð 1
3C =ー 25.......-30 偽 ，

C/N>30

ここで，陸上から河川によって運ばれてくる生物遺骸の特徴としてセルローズやリグニン賀に富む C/N 比の大きな有機物である乙とが根拠になっている乙とを付け加えておく。そして，内湾や河口等の沿岸海洋堆積物では両供給源の混合割合によって堆積有機物の ð 13C 値は変化する(9 ー 10) 。さらに

ð 1JC 値のみでなく C/N 比も変化する (4-5) 。また，乙の混合割合 l 乙無関係 l 乙海洋・陸上生物の 8 日 C 値は高温期には大きく低温期には小さくなることも知られている (1 1)。以上の 8 日 C 値と C/N の変動要因を総合して，これらの数値の変動と海水準・気候(温度)との関係をまとめると次のようになる( 4)。
海水準温度高高大( Uc 多)

低低小( Uc 少)

川崎 Loc. 31JC

コアから得られた

ð13値

C/N 比

大

c 値と C/N 比の Uc 年代値比対する変動をみると第 3図の如くである。この図で C/N 比のスケールは逆であることに注意して頂きたい。第3 図から

Ò lJC 値と C/N比は見事に逆相闘を示し，両者の変動パターンが，上で予想した通りである乙とが判る。そして，乙れらの変動パターンから次の障な古環変遷砂読みとることができた。

①

約

1 .
1000 乃至1 0. 000 年 BP I 乙最終氷河期が終末し，以後完新世初期の海水準上昇・気温上昇がみられ

6 、 500 年 BP 頃 i 乙海進最大期(縄文最高海水準期

phase of marine transgression)

・最高温期(ClimaticMaximumoptimum) となった。乙の海水準上昇期途上で8， 000 年 BP 頃 l 乙一度海水準の短期間急上昇があった。

②6.500.
.
.
.4.000 年 BP の聞は高海水準(温暖)の安定した環境が続いた。乙れは，加速器質量分析による正確な年代尺度を用いる乙とにより初めて確認された。すなわ
ち，縄文の最高海水準期は約3， 000 年も続いたのである。
③4.000....... 3， 500 年 BP の聞に急速な海退(寒冷化)が進んだ。

:否

ミ 500....... 2. 500 年 BP の聞は小氷期的な低梅準環境が出現した。

⑤

2. 000 年 BP

前後以降再び海水準は上昇し現代の温暖期をむかえた。

以上の様な環境変遷を続みとることができた。

5

おわりに堆積物コアによる古環境研究で，年代測定に用いる試料の量的不足からくる一大難問が加速器を用いるUc 年代測定技術により解決された。そして，少量試料による詳細な年代測定に基づく正確な年代尺度を用いて，堆積速度の変動と海水準の関係，及ぴ‑18‑
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Holocene の海水準・古気候の変遷史を明らかにすることができた。

Holoçene の環境変動史の中で，今回加速器 ItC 年代で初めて認められた事を挙げると次の通りである。前項結論②で示した様 l 乙縄文高海水準期は約3. 000 年も続いた，最近
筆者らにより矢作川河口及び浜名湖堆積物からも見出された，③で示した様に縄文高海水準期後の海退は短期間のうちに急速に進行し〔乙の事実も他の堆積物コアで認められ始めた) ，ここに Neoglaciation の一つが確認された。後者のミ 000 年 BP 前後の N eoglaciationに関しては.乙の年代の考古学的遺跡が現海水‘面下に多く発見されている事実とよく一致するものであり，今後の学際的な研究により，さらに詳細な環境を把握できるようになるであろう。

参考文献

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KAWASAKI CORE

第 l 表

貝化石による AMS 川 C 一年代とアカホヤ火山灰年代の比較

p t. o ・ qSHELL

図凹図ー-nー-0‑p

FOSSIL SHELL
DEPTH of K‑Ah

C ‑AGETEPHRA HORlZON

DEPTH

(m)

(m)

(Yr.BP)

16.18

6 , 050 :t 90 [NUTA‑87]

18.23

t100 [NUTA‑88]
6.470:

14

17.75‑‑‑18.10‑q

第 l 図東京湾川崎 Loc.3 コアの地質柱状図.

19‑

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第 2 表

東京湾川崎市 Loc.3 コアの層厚別堆積速度

DEPTHinS
E
D(mIM)ENT

I~C-AGE40.6‑38.65

10 , 510-8 , 830SEDIMENTATIONra/teYr)(cmlERA(Yr.
BP)

38.65‑27.18

8 , 830-8 , 450

27.18‑16.18‑

8 , 450-6 , 050

16.18‑15.98

6 , 050-4 , 070

0.
1
2
縄文早創期

3.
00.
45

縄文早期

縄文前期

0.
46

縄文中期

14.97‑ 9.
821.5

縄文後期

I~ C‑
A
ge
(Yr.
BP)

CodeNo.

9.
2810.95‑10.98
13.
6014.
50
14.
95‑14.993, 240 :t1803, 480 :
t1003 、 460 :t903 , 620 :
t1
303 , 690 :t 70NUT
A‑78UNT
A‑79NUT
A‑80N り TA- 81NUT
A‑83809090K‑
Ah
t1006 , 470 :7 , 060 :t 90NU
T
A‑86NUT
A‑85NUTA‑873‑
1015.96‑16.00
16.
5016.
1
817.75‑18.10
18.
2
320.
42

一フ-フ一フウウウ

東京湾堆積一一川晴 Loc.3 CORE の川 C- 年代NUTA
ｭ88NUT
A‑90ウラカガミ
ウラカガミ

3‑
113‑
123‑
133‑
143‑
1521.
2523.15‑23.16
23.81‑23.8
227.
1838.
63‑38.676, 7
50
7 , 080
7, 7908 , 450
8 , 830

3‑
163‑
1739.
80‑39.
8
240.
60la

第 3 表

3, 6~0-3 ， 2
40Qunu

K‑
Ah‘n

Samp
1e
No.
3‑13‑23‑33‑43‑5S
he
11sp.

(m)

号、号、号、

ミミミミジ

ガガガガシ、、、NUTA
ｭ96NUTA‑ 99

カカカカト
ラ-フ-フ-フマ110

ヤマトシジミヤマトシジミ

LHaAAe‑an‑‑PM

170ウラカガミ
ウラカガミ
ウラカガミ

ウウウウヤ

NUTA‑91NUTA‑94NUT
A‑92NUTA‑93NUTA‑98+一+一一川+一+一+一+一十一aRu‑‑‑‑a生 Eu-vJ‑O

160
1
30
130
1
70
1
50

ウラカガミ

ガガガ

4, 070 :t
5, 350 :t
6 , 050 :t

ゴイサギ

カカカnO 司too

ηdququ‑‑ｭ3‑9Depthinsediment‑20‑
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Nagoya University0，川!O~αlWF。

10 ト。

'急"‘、 8弘!
i27J島~:[I。・HRu国OnrM1CqlSF叫nlc1陶悔ず。

ゐ32010。

30

第 2 国東京湾川崎 Loc.3 コアの AMS

40

11C 年代の深度変化.

5唱E

15 主司，』司、-"zJ'uTFDF0・m 』O

44A4444

・2E 3)C2 』8l
102
E
C/N

25恥。七~‑v。

。

。

23456

7

8 9 JO 1
114c -AgE'(叫 rry-r. BP'j

第 3 図東京湾川崎 Loc.3 コアの堆積有機物 Ö I:IC 値.

C/N 比の 14C 年代にともなう変化 (C/N 比は逆スケール)一一海水準，気候(温度)変化‑21‑
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