共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 海洋モデル（MITgcm）と古環境復元の対比に基づく南極底層水の弱化要因の推定
新規・継続の別 継続（R05年度から）
研究代表者／所属 高知大学海洋コア国際研究所
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 池原実

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 竹原景子 北大低温研 博士研究員

2

 中山佳洋 北大低温研

研究目的 近年，南大洋において，海面水温の上昇や淡水化，海氷生産の減少が報告されている．こうした海洋環境の変化は海水の高密度化を妨げ，南極底層水（AABW）の形成を弱化させる可能性がある．代表者・分担者は，AABW形成域の一つであるケープダンレー底層水（CDBW）の古環境復元を行い，世界平均気温が+2℃（産業革命前比）高いとされるMIS11に，CDBW形成が弱化していたことを示唆した．そこで本申請課題では，CDBW 形成弱化のメカニズムを理解するために，海洋モデルを使用して，温暖化シナリオの感度分析を実施した．そして，モデル実験の結果と古環境記録の比較を行うことにより，より現実に則したCDBW形成を弱化させる環境要因の解明を試みた．
　　
研究内容・成果 分担者（竹原景子）が5月13日〜24日に低温研に滞在し，中山佳洋准教授との打合せによりモデル実験の条件設定等を決定し共同研究を実施した．その後，複数回のオンライン会議を通してモデル実験の改良を継続した．以下に2024年度に行った研究の内容・成果を示す．なお，滞在中の5月14〜15日に白老町で行われた日独共同研究セミナーに参加して成果発表を行った．
モデル実験では，ケープダンレーポリニヤ域が再現されたMITgcmモデル（解像度：水平2 km，垂直40 m）を使用した．モデル構成とパラメーターはMensah et al. (2021)に従い，温暖環境を想定した環境条件（気温，水温，塩分）の数値は，ケープダンレー域の海洋観測記録（Aoki et al.， 2020， 2022），古環境記録（Dutton et al.， 2015）に基づき設定した．具体的に，環境条件はそれぞれ，気温の上昇（通年で+2℃），水温の上昇（夏季のみ+1℃），融解水供給を模した塩分の低下（通年で-0.4，-0.8）を行い，水温は100 m以浅，塩分は水温躍層以浅（表層から40 m）の値を変更した．加えて，CDBWの成分（流速，塩分，水温）は，古環境解析に使用した堆積物コアの採取地点に，モデル領域内で最も近い地点（海底面からも同様の距離）で算出を行った．その結果，塩分低下が大きいほど CDBWの大陸斜面への下降の開始が遅れ，CDBW 速度と体積が減少した．また，低塩化を強化したシナリオ（塩分-0.8）では MIS 11 (< 10 cm s-1) と同等の速度低下を示した．海洋環境の変化をみると，control runと比較して，夏季海氷生産の減少と融解水供給により，夏季から冬季（1月から7月末）にかけて海洋表層の低塩化が強く認められた．一方で，8月以降には冬季の海氷生成量が増加し，表層塩分が上昇したことにより，CDBWの斜面下降が確認された．したがって，海氷生成時のブラインリジェクションによる高塩化を超えて，海洋表層塩分が低下した際に，水塊密度が低下し，CDBW 下降の開始が遅れることが示唆された．
ケープダンレー域で採取された堆積物コアの古気候記録は，MIS 11の夏季海氷影響の減少を示唆し，モデル結果と類似している．しかし，現代のアメリー棚氷の基底融解速度は遅いとされており，MIS 11においてもアメリー棚氷の基底融解は氷床後退を引き起こすほど強力ではなかった（Mas E Braga et al.， 2021）．したがって，融解水の供給は，外洋化に伴う海洋表層の温暖化による棚氷融解（Aoki et al.， 2022），他の南極沿岸地域からの融解水供給（Moorman et al. 2020），または降水量の増加（Wing et al.， 1999，Jeong et al.， 2023）による可能性が高い．本研究結果は，大規模な氷床融解が生じにくいとされるケープダンレー地域においても，AABW形成が弱まる可能性があることを示唆している点で重要である．
　　
成果となる論文・学会発表等 Takehara， K.， Antarctic Bottom Water formation changes over the last 500，000 years in Cape Darnley， East Antarctica， 2024. [Doctoral dissertation， Kochi University].
Takehara， K.， Weakening in Cape Darnley Bottom Water during MIS11 and its Factor Estimation， Germany-Japan Joint Seminar The past， present， and future state of the Southern Ocean and Antarctica， Japan， May 2024.
竹原景子ほか，スーパー間氷期（MIS11）におけるケープダンレー底層水の弱化とその要因の推定，幕張メッセ，日本地球惑星科学連合2024年大会 2024年5月．
竹原景子ほか，過去45万年間における南極底層水形成変動の復元，第10回地球環境史学会年会，国立極地研究所，2024年11月．