基盤研究（S）課題
海-陸シームレス地層掘削から探る南極氷床の大規模融解メカニズム
近年，南極氷床融解の加速とそれに伴う近未来の急激な海水準上昇が強く危惧されています．一方，これまでの研究により南極氷床は過去の温暖な時代に大規模な融解を起こしていたことが明らかになり，温暖化の進行によって近い将来大規模かつ不可逆的な融解を起こす可能性が高まっています．しかし，過去に起こった南極氷床の大規模融解メカニズムには不明な点が多く残されており，気候変動の将来予測における不確実要素として最大の懸念事項の１つとなっていました．この問題を解くため，私たちは南極氷床縁の広域で「海-陸シームレス地層掘削」を実施します．そして，得られた試料に対して最先端技術を駆使した分析をおこない，とくに最後の氷期（最終氷期：約2万年前）以降に起きた大規模融解時の気候・海洋状態を直接的に復元し，その氷床融解プロセスを明らかにします．さらに，海洋・氷床・地球変形モデリングを駆使した再現実験より，氷床融解のトリガーとその発動条件を突き止めます．これらを総合して，過去の南極氷床の大規模融解メカニズムを解明し，海水準上昇の将来予測の不確定性を低減することを目指します．
メンバー
代表：
菅沼悠介（国立極地研究所）
分担：
関 宰（北海道大学低温科学研究所）
久保田好美（国立科学博物館）
草原和弥（海洋研究開発機構）
石輪健樹（国立極地研究所）
天野敦子（産業技術総合研究所）
香月興太（島根大学エスチュアリー研）
小長谷貴志（海洋研究開発機構）
協力：
板木拓也（産業技術総合研究所）
池原実（高知大学海洋コア研究所）
鈴木克明（産業技術総合研究所）
松井浩紀（秋田大学）
徳田悠希（鳥取環境大学）
岩谷北斗（山口大学）
藤井昌和（国立極地研究所）
奥野淳一（国立極地研究所）
プロジェクトの背景と内容
図1 現在の南極氷床の融解傾向（NASA）と，CO2濃度と海水準上昇の将来予測（IPCC AR6）．
近年，南極氷床の融解が加速し（図1左），海水熱膨張等の効果と合算して，2100年には最大で1.1 m，2300年には最大5.4 mの海水準上昇が予測されています（IPCC第6次報告書）．このような急激かつ大規模な海水準上昇は，沿岸地域の消失だけでなく，水害増加や食糧生産減など社会にも甚大な影響を与えるため，確かな将来予測が求められています．しかし，現状の将来予測にはモデル間に無視できない差があり（図1右），大きな不確実性が存在します．この不確実性は，おもに南極氷床の大規模融解メカニズムに対する理解不足に起因するため，南極氷床末端（氷床縁）のプロセスの理解が急務といえます．
図2 過去に起きた（将来も起きる）可能性がある大規模氷床融解プロセス
南極氷床縁は，氷床底が海水面下にあり，接地線より海側では氷が基盤から離れて浮く「棚氷」という不安定な構造をしています（図2A）．このため，ひとたび棚氷が失われると，氷が海洋へ大量に流出し，南極氷床の融解が加速すると考えられます．実際に，最近の現場観測によって，南極氷床融解を支配するのは氷床表面の融解よりも，棚氷下の底面融解や棚氷・氷床の分離/崩壊であることがわかってきました．このうち底面融解に関しては最近，暖かい海水（周極深層水）の流入による底面融解が直接観測され，海洋モデルシミュレーションによる再現にも成功するなど，そのメカニズムの理解は進みつつあります．
一方，氷床縁での棚氷・氷床の分離/崩壊については，「A: 氷床・棚氷の力学的不安定性による崩壊」（図2A）や，「B: 海水準上昇による氷床不安定化と融解加速」（図2B）が南極氷床の大規模融解を引き起こすメカニズムとして最近注目を集めています．これらのメカニズムは，正のフィードバック効果を持つため，南極氷床の大規模かつ不可逆的な融解の開始（発動）＝ティッピング・ポイントを導く可能性があり，将来予測を左右する極めて重要なファクターとなります．しかし，これらの現象の発動条件は未解明であり，大規模氷床融解に至るメカニズムや引き起こされる融解の規模にも不確実性が大きいのが現状です．
図3 海-陸シームレス地層掘削から探る南極氷床の大規模融解メカニズムの概念図
「大規模氷床融解メカニズム」という核心的問いの鍵は，南極氷床縁の地層にあります（図3）．南極氷床縁（深海-浅海−湖沼）の地層や露岩には，過去の大規模氷床融解の痕跡だけでなく，周極深層水の流入や，海水準の変動が記録されています．例えば，南極氷床の融解水と周極深層水は，明瞭に異なった水温・塩分や水素・酸素・炭素・ベリリウムなどの同位体比や濃度などの化学的特徴と生物相（放散虫/珪藻）を持ちます．一方，浅海や湖沼には海水準変動，例えば海から湖の変化を反映した地層が残されます．このため，氷床縁でこういった地層を連続的に採取できれば，氷床融解プロセスの復元と，融解のトリガーとなった海洋状況を明らかにできるのです．
そこで我々は，とくに最終氷期以降におきた大規模な南極氷床融解に注目し，独自開発の地層掘削システムによる湖沼・浅海掘削，砕氷船「しらせ」による深海-浅海掘削よって採取した地層試料について，極微量化学分析やAI微化石解析を行い，過去におきた南極氷床融解プロセス，特に融解スピードと規模を復元します．さらに，多圏・多階層数値モデリングから融解トリガーと駆動力を求めるとともに，この手法を南極の各所に展開することで，大規模氷床融解メカニズムとその発動条件，および地域特性を解明することを目指します．