[MIS18-P05] 風成砂丘から探る異なる海陸分布における大気循環パターン:
地球・火星・タイタンの比較
キーワード：風成砂丘、海陸分布、大気循環、超大陸
惑星表層における水の存在量や海陸分布は，季節的な南北両半球の温度勾配の度合いを変えるため，大気循環パターンに大きく影響を及ぼすと考えられる．しかし海陸分布の違いや海-陸比率によって，惑星・衛星の大気循環がどのように振る舞うかを実測データに基いて示した研究はない．風成砂丘は，地球以外の惑星や衛星の表層にも普遍的に見られ，その分布や形態・配列方向は，地表風系や大気循環に関する重要な情報を提供する（長谷川，2012）．そこで本研究では，現在と過去の地球，現在と過去の火星，そして現在のタイタンの表層に見られる風成砂丘記録と，GCMによる風系の復元結果とを比較検討することで，惑星・衛星に関わらず，海陸分布と大気循環パターンの関係性を統一的に説明できるかどうかを考察した．
現在の地球（大陸分散型の海惑星と呼ぶ）では，赤道対称な帯状の大気循環（ハドレー循環など）が発達し，風成砂丘もその風系を反映する．一方，約250Maの超大陸パンゲア時代の地球（大陸集合型の海惑星）では，赤道を跨ぐ超大陸の存在により，季節毎に南北に反転するハドレー循環が発達すると推定されている（Rowe et al., 2007; Tabor & Poulsen, 2008）．同時代の風成砂丘（Navajo sandstoneなど）を調査した結果，季節的に反転する風系（北東風と南西風）によって縦列砂丘が形成されており，GCMの結果と整合的だった．また，タイタン（湖惑星）の風系および風成砂丘記録を見ると，パンゲア時代と類似しており，季節毎に赤道を跨いで南北に反転するハドレー循環によって，縦列砂丘が赤道～低緯度域に発達する（Tokano, 2010）．
次に現在の火星（陸惑星）では，表層に水が存在しないため南北温度勾配は更に大きくなり，季節毎に大きく反転するハドレー循環が発達する（Forget et al., 1999）．現在の火星では縦列砂丘があまり発達しないが，赤道域の砂丘の配列方向は南北に反転する風系の傾向を示す（Gardin et al., 2012）．一方で約40億年前の火星では，北半球に超海洋が，南半球に超大陸が発達していたと考えられ（南北非対称な大陸集合型の海惑星)，その比熱差から季節毎に大きく南北反転するモンスーン循環が発達していた可能性がある．Opportunityにより調査された赤道域の風成層記録を見ても，南北に反転する風系がはっきり認められる（Hayes et al., 2011）．同じような大陸配置をしていた超大陸ロディニア時代の風系では，Giant wave rippleによって同様に南北で大きく反転する風系が推定されている（Hoffman & Li, 2009)．
以上をまとめると，大陸分散型の海惑星（現在の地球）では南北両半球の季節変化が小さいため赤道対称にハドレー循環が発達するのに対し，大陸集合型の海惑星（パンゲア時代の地球）や湖惑星（タイタン），陸惑星（現在の火星）のように海-陸比率が減少していくと，赤道を跨いだ南北非対称なハドレー循環が卓越する，という明確な傾向が明らかになった．ただし，南北非対称な大陸集合型の海惑星（40億年前の火星やロディニア時代の地球）では，季節毎に大きく南北反転するモンスーン循環が卓越するという例外も明らかになった．
現在の地球（大陸分散型の海惑星と呼ぶ）では，赤道対称な帯状の大気循環（ハドレー循環など）が発達し，風成砂丘もその風系を反映する．一方，約250Maの超大陸パンゲア時代の地球（大陸集合型の海惑星）では，赤道を跨ぐ超大陸の存在により，季節毎に南北に反転するハドレー循環が発達すると推定されている（Rowe et al., 2007; Tabor & Poulsen, 2008）．同時代の風成砂丘（Navajo sandstoneなど）を調査した結果，季節的に反転する風系（北東風と南西風）によって縦列砂丘が形成されており，GCMの結果と整合的だった．また，タイタン（湖惑星）の風系および風成砂丘記録を見ると，パンゲア時代と類似しており，季節毎に赤道を跨いで南北に反転するハドレー循環によって，縦列砂丘が赤道～低緯度域に発達する（Tokano, 2010）．
次に現在の火星（陸惑星）では，表層に水が存在しないため南北温度勾配は更に大きくなり，季節毎に大きく反転するハドレー循環が発達する（Forget et al., 1999）．現在の火星では縦列砂丘があまり発達しないが，赤道域の砂丘の配列方向は南北に反転する風系の傾向を示す（Gardin et al., 2012）．一方で約40億年前の火星では，北半球に超海洋が，南半球に超大陸が発達していたと考えられ（南北非対称な大陸集合型の海惑星)，その比熱差から季節毎に大きく南北反転するモンスーン循環が発達していた可能性がある．Opportunityにより調査された赤道域の風成層記録を見ても，南北に反転する風系がはっきり認められる（Hayes et al., 2011）．同じような大陸配置をしていた超大陸ロディニア時代の風系では，Giant wave rippleによって同様に南北で大きく反転する風系が推定されている（Hoffman & Li, 2009)．
以上をまとめると，大陸分散型の海惑星（現在の地球）では南北両半球の季節変化が小さいため赤道対称にハドレー循環が発達するのに対し，大陸集合型の海惑星（パンゲア時代の地球）や湖惑星（タイタン），陸惑星（現在の火星）のように海-陸比率が減少していくと，赤道を跨いだ南北非対称なハドレー循環が卓越する，という明確な傾向が明らかになった．ただし，南北非対称な大陸集合型の海惑星（40億年前の火星やロディニア時代の地球）では，季節毎に大きく南北反転するモンスーン循環が卓越するという例外も明らかになった．