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[MIS10-01] モンゴルの年縞湖成層から読み解く白亜紀中期“超温室期”の十年～千年周期気候変動と太陽活動の気候影響
キーワード：十年周期、千年周期、気候変動、湖成年縞、白亜紀、太陽活動
完新世および最終氷期における気候変動には数十年～千年スケールの周期性が見られ，宇宙線生成核種（14Cや10Be）の生成量変動との相関が見られることから，太陽活動の周期変動が地球の気候変動に影響を及ぼしている可能性が指摘されている（約210年周期のde Vries cycleや約1000年のEddy cycle，約2300年周期のHallstatt cycleなど; e.g., Steinhilber et al., 2012; Adolphi et al., 2014; Moffa-Sanchez et al., 2014; Soon et al., 2014）．また完新世のBond eventや最終氷期のダンスガード・オシュガー・サイクル（DOC）のように，約1500年周期の気候変動も北大西洋や北極域などの古気候記録から報告されており，その変動要因は気候システムが持つ内部振動なのか，太陽活動変動などの外的フォーシングの影響があるのかどうか議論が続いている（e.g., Bond et al., 2001; Braun et al., 2005; Debret et al., 2009; Muscheler, 2012; Barker et al., 2015; Buizert & Schmittner, 2015）．しかし，第四紀以前においても太陽活動周期に対応した数十年～千年スケールの気候変動が一貫して見られるかどうかは，解析が可能なアーカイブが限られるため，中新世の一例（Kern et al., 2012）を除いて示されていない．本研究では，年縞を保存するモンゴルの湖成層を解析することで，完新世や最終氷期に見られる太陽活動周期と極めて類似する，十年～千年スケールの気候変動が白亜紀中期にも見られることを報告する．
白亜紀中期“超温室期”における陸域気候システムの変動を解明するため，我々はモンゴル南東部に露出するアプチアン期前期（123.8～118.5Ma）の湖成層（シネフダグ層）を対象に研究を進めてきた．シネフダグ層は数mから数十m毎にリズミカルに互層する頁岩とドロマイトからなり，地球軌道要素変動に伴う湖水位（降水量）変動を反映している（Hasegawa et al., 2018）．また高湖水位期に対応する頁岩層準では，春~夏の生物生産増大と秋~冬の砕屑物流入の季節変動を反映した年縞（ねんこう）を保存する．そこで蛍光顕微鏡画像の画像解析により，連続した約1090年区間の夏季強度の変動を解析した結果，約3–5年，11年， 35–40年，90–120年，220年，360–400年の周期性が検出された．これらは報告されている太陽活動周期（11年のSchwabe cycle，88–105年のGleissberg cycle，約210年のde Vries cycle）と一致しており，太陽活動が影響したと考えられる十年～百年周期の気候変動が白亜紀中期の記録にも見られることが明らかになった．特に太陽黒点変動に卓越する11年周期の変動は，古気候記録からは報告が限られるが（e.g., Czymik et al., 2016; Novello et al., 2016），白亜紀中期のアジア中緯度域には11年周期の気候変動も卓越していたことが示唆された．
本研究では更に，μXRFコアスキャナー（ITRAX）を用いて20m長のコア試料（約20万年区間に相当）に対して500μm毎（約10年の解像度）で主要・微量元素組成を測定し，百年～千年スケールの気候変動がどのように記録されているかを検討した．その結果，降水量因子（Ca/Ti）の変動から約400–500年，1000年， 1400–1450年，2000–2300年，3500–4000年の周期性が検出された．この約400–500年，1000年および2000–2300年の周期性は，報告されている太陽活動周期（約1000年のEddy cycleや約2300年のHallstatt cycle）と一致する．また約1400–1450年周期の変動は，最終氷期のDOCと周期性や変動パターンが非常に類似していた．これらの結果は，上述の年縞解析の結果と併せて考えると，白亜紀と氷期・間氷期という全く異なる気候モードにおいても共通の外力（フォーシング）によって気候が変動していたことを示唆し，太陽活動が影響して数十年～千年周期で地球気候が変動するという考えを支持する．またDOCは氷床融解や海洋循環などの内部変動に起因するという考えが支配的だったが（e.g., Barker et al., 2015; Buizert & Schmittner, 2015），氷床サイズや海-陸分布が全く異なる中新世（Kern et al., 2012）や白亜紀（本研究）にも類似した周期変動が見られることから，約1400–1500年の周期性についても外的フォーシングが影響した気候振動の可能性を示唆した先行研究の考え（Bond et al., 2001; Braun et al., 2005）を支持する．約1500年の周期性は完新世の宇宙線核種生成量などの太陽活動変動には見られないという問題があるが，Muscheler (2012)も指摘するように古気候記録に一貫して見られる約1500年の周期性の要因として，太陽活動の気候影響の可能性を完全には排除できないと考えられる．さらに，氷期の気候モードでのみ見られた千年周期の急激な気候変動（Barker et al., 2011）が白亜紀中期“超温室期”にも見られることから，現在よりも温暖な気候モードにおいても千年周期の急激な気候変動を引き起こす安定解が存在する可能性が示唆された．
白亜紀中期“超温室期”における陸域気候システムの変動を解明するため，我々はモンゴル南東部に露出するアプチアン期前期（123.8～118.5Ma）の湖成層（シネフダグ層）を対象に研究を進めてきた．シネフダグ層は数mから数十m毎にリズミカルに互層する頁岩とドロマイトからなり，地球軌道要素変動に伴う湖水位（降水量）変動を反映している（Hasegawa et al., 2018）．また高湖水位期に対応する頁岩層準では，春~夏の生物生産増大と秋~冬の砕屑物流入の季節変動を反映した年縞（ねんこう）を保存する．そこで蛍光顕微鏡画像の画像解析により，連続した約1090年区間の夏季強度の変動を解析した結果，約3–5年，11年， 35–40年，90–120年，220年，360–400年の周期性が検出された．これらは報告されている太陽活動周期（11年のSchwabe cycle，88–105年のGleissberg cycle，約210年のde Vries cycle）と一致しており，太陽活動が影響したと考えられる十年～百年周期の気候変動が白亜紀中期の記録にも見られることが明らかになった．特に太陽黒点変動に卓越する11年周期の変動は，古気候記録からは報告が限られるが（e.g., Czymik et al., 2016; Novello et al., 2016），白亜紀中期のアジア中緯度域には11年周期の気候変動も卓越していたことが示唆された．
本研究では更に，μXRFコアスキャナー（ITRAX）を用いて20m長のコア試料（約20万年区間に相当）に対して500μm毎（約10年の解像度）で主要・微量元素組成を測定し，百年～千年スケールの気候変動がどのように記録されているかを検討した．その結果，降水量因子（Ca/Ti）の変動から約400–500年，1000年， 1400–1450年，2000–2300年，3500–4000年の周期性が検出された．この約400–500年，1000年および2000–2300年の周期性は，報告されている太陽活動周期（約1000年のEddy cycleや約2300年のHallstatt cycle）と一致する．また約1400–1450年周期の変動は，最終氷期のDOCと周期性や変動パターンが非常に類似していた．これらの結果は，上述の年縞解析の結果と併せて考えると，白亜紀と氷期・間氷期という全く異なる気候モードにおいても共通の外力（フォーシング）によって気候が変動していたことを示唆し，太陽活動が影響して数十年～千年周期で地球気候が変動するという考えを支持する．またDOCは氷床融解や海洋循環などの内部変動に起因するという考えが支配的だったが（e.g., Barker et al., 2015; Buizert & Schmittner, 2015），氷床サイズや海-陸分布が全く異なる中新世（Kern et al., 2012）や白亜紀（本研究）にも類似した周期変動が見られることから，約1400–1500年の周期性についても外的フォーシングが影響した気候振動の可能性を示唆した先行研究の考え（Bond et al., 2001; Braun et al., 2005）を支持する．約1500年の周期性は完新世の宇宙線核種生成量などの太陽活動変動には見られないという問題があるが，Muscheler (2012)も指摘するように古気候記録に一貫して見られる約1500年の周期性の要因として，太陽活動の気候影響の可能性を完全には排除できないと考えられる．さらに，氷期の気候モードでのみ見られた千年周期の急激な気候変動（Barker et al., 2011）が白亜紀中期“超温室期”にも見られることから，現在よりも温暖な気候モードにおいても千年周期の急激な気候変動を引き起こす安定解が存在する可能性が示唆された．