[A-CC25] 雪氷学

[ACC25-04] 地球システムから見た地下氷の分布と変動

★招待講演

*斉藤 和之¹、曽根 敏雄²、岩花 剛³、奥野 淳一⁴、町屋 広和¹ (1.独立行政法人海洋研究開発機構、2.北海道大学低温科学研究所、3.アラスカ大学国際北極圏研究センター、4.国立極地研究所)

キーワード：地下氷、地球システム、気候・古気候

地下氷(ground ice)とは地表面下に存在する氷の総称である．季節凍土帯でも見られる霜柱や地盤内凍結前線のアイスレンズ，永久凍土帯ではピンゴといわれる円錐形の地形を作る貫入氷・析出氷（あるいはピンゴ氷）や，氷楔氷(ice-wedge ice)、大きな氷塊の総称として使われる集塊氷(massive ice)，また地表面で形成もしくは滞留した氷が堆積物に覆われた埋蔵氷(buried ice)などがある．その大きさや氷の量、氷の出自、形成の原因や過程，存在する期間や空間分布は多岐多様にわたる．地下氷が関連する重要な地球システム的プロセスには，大気側との熱・水収支や広域での地下水文や河川流量への影響，融解に起因する大規模な地形変化（サーモカルスト）などがある．社会的にも，土壌有機炭素の分解による温室効果ガスの生成・放出や地盤沈下による産業・社会基盤の毀損の可能性に関連して，高含氷率な永久凍土層（エドマ層）が注目されている．

地下氷は地表下に存在しており直接的に位置を観察することや3次元的に構造を測定することは難しい．局所レベルではコア掘削によって得られるサンプルを通した層構造理解が直接的であるが点数は限られる．電気探査や地中レーダーによってその空間的な分布や深さをある程度推定することが可能であるが，広域に展開することは難しい．航空機や衛星による遠隔観測を利用して推定する方法も昨今大きく発展しているが，直接的な存在分布や埋蔵量の同定ではなく，林野火災などで地表面が撹乱を受けた地域の地盤沈下量や空間分布から融解した地下氷の量を計算し，地形学的な情報と合わせてその周辺領域での全体像を間接的に推定する方法が主である．

地下氷の存在分布や量の把握のための広域データは限られている．現在最も多く利用されている広域分布のデータは、現地の露頭や断面調査と地質学・地形学的な情報を組み合わせて前世紀末に作成された分布図で，北半球について緯度経度1度もしくは0.5度の解像度で提供されている．カナダ域やシベリア域など特定の地域では現地観測や地形学的考察を加えてより詳細な地下氷分布を捉えたデータセットがつくられつつある．

広域地下氷動態の推定や把握には数値モデルでの再現実験やシミュレーションも用いられている．特に2000年代の全球気候モデルの改良・高度化で地表面下の温度状況と並行して地下水文状況の一部分として実装化されはじめ，生態系（植生）における炭素収支や水文動態・水収支，上記の貯留炭素の融解・分解などの面でも注目されつつある．これらのモデルの課題は，鉛直方向では間隙率を超える量の氷(excess ice)の形成・消失やその地形変化との連携，水平方向では空間的不均一性の取扱い，また広域対象のモデルでは，現象の空間規模とモデル解像度とのスケールギャップになっている格子点幅以下の空間規模(sub-grid side)現象の特定と実装である．今回、筆者らは数値モデルを用いて最終間氷期以降の地下氷および土壌有機炭素の時間的推移を環北極域で推定することにより、2km解像度で現在の地下氷分布を推定した．このような最近の知見も交えて地球システム的観点から地下氷量（体積，水当量）の分布と，形成・拡張・融解の変動を紹介する．