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| ミランコヴィッチメニューへ戻る 現在よりも65万～80万年前の高解像度二酸化炭素濃度記録 High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000-800,000 years before present Dominique Raynaud, French National Centre for Scientific Research Jean Jouzel,Laboratoire des Sciences du Climat et l'Environnement Hubertus Fischer, Kenji Kawamura National Institute of Polar Research Thomas Stocker,Universität Bern 抄録 過去の大気中の二酸化炭素濃度の変化は、南極の氷床コアに閉じ込められた空気の組成を測定することで判断できます。これまでのところ、南極のVostokとEPICAドームCの氷床コアは、過去65万年間の大気中の二酸化炭素レベルの複合記録を提供してきました1–4。 ここでは、ドームCの氷床コアの最低200 mの結果を示し、大気中の二酸化炭素濃度の記録を2つの完全な氷河サイクルによって現在の80万年前まで延長します。 以前に発表されたデータ1–8と現在の研究から、大気中の二酸化炭素は8つの氷河期を通じて南極の気温と強く相関しているが、現在の65,000年から750,000年前には著しく低い濃度であることがわかります。 海洋酸素同位体ステージ16の3、000年間、二酸化炭素レベルは体積で180 ppm（p.p.m.v。）を下回っています。これは、海洋炭素のより顕著な貯蔵を反映している可能性があります。氷床コアで測定された最低の二酸化炭素濃度を報告します。 これにより、第四紀後期の産業革命前の二酸化炭素濃度の範囲が約10p.p.m.vに拡大します。 172〜300 p.p.m.v.南極の氷コアリングに関するヨーロッパプロジェクト（EPICA）内で、2つの深い氷床コアが掘削されました。 両方のサイトでの掘削。1つはKohnen駅のDronningMaud Land（DML）エリア（75u 009 060 S; 00u 049 040 E）にあり、もう1つはConcordia駅（ドームC; 75u 069 040 S; 123u 209 520 E）にあります。 ）、それぞれ2,774mと3,270mの深さの岩盤またはその数メートル上で停止しました。 EPICAは、とりわけ、水同位体、粒子状および可溶性エアロゾル種、温室ガスに焦点を当てた気候記録を作成しました4,8,9。後者の場合、氷に閉じ込められた空気の分析は、正確なルーチンの大気測定が行われる前、つまり1958年以前の時間の濃度を決定する唯一の直接的な方法です。 間隔に焦点を当てたドームC氷の二酸化炭素測定現在の390〜650 kyr、BP（2,700〜3,060 m）4は、過去420kyrのVostok氷コアで見つかったCO2と南極温度1の間の強い結合を確認しました。彼らはまた、初期の期間氷期に関連するボストーク間隔（180〜300 p.p.m.v.）よりも約30％小さい（180〜260 p.p.m.v.）CO2の範囲を示しました10。 ドームCコアの最低200m（3,060〜3,270 m）を調査し、既存のCO2記録を2つの完全な氷河サイクルで拡張します。 2つの研究所が3つの異なる空気抽出技術と2つの独立した測定方法で貢献した、深さ間隔3,060〜3,190 mのデータセットを図1に示します。 ニードルクラッカーによって抽出され、によって分析されたサンプルの解像度ベルン大学のレーザー吸収分光法（LAS）は平均0.55 mであり、平均時間分解能は570年です。グルノーブルのLGGE（ボールクラッシャーおよびガスクロマトグラフィー）で測定された47の値は、約3,062 m、3,085〜3095 m、および3,120 m未満の深度レベルをカバーし、ベルンで分析された隣接サンプルよりも平均してわずかに高くなっています（補足情報を参照）。 低濃度ではより大きくなるように見えるこの違いにもかかわらず、グルノーブル測定はベルンレコードの形状を確認します。記録の精度に対するさらなる信頼は、選択された深さレベルで氷を昇華させることによって抽出された空気のLAS測定によって与えられます（図1）。また、3,030 m〜3,060 m（615〜665 kyr BP）の深さの再測定は、実験の不確実性の範囲内で以前のデータ4と一致します（図2）。 3,178 mの深さレベルで、339p.p.m.vのCO2値。 （4つのサンプルの平均）264〜477p.p.m.vの間に大きな散乱があります。が見つかりました（黒い矢印、図1）。このアーティファクトは、この氷が2002年から2003年のシーズンの終わりにかけて掘削された氷床コアセクションからのものであり、さらに掘削できるようにエタノールと水の混合物をボアホールの底に追加する必要があったという事実によって説明できます。 これにより、コアの外側で部分溶融が発生し、その後、ボアホールの低温部分からコアを吊り上げるときに再凍結が発生しました。これは、3,190.56m以上の氷で発見された唯一のアーティファクトです。 3,190 m未満の部分は、主に180〜210p.p.m.vで変動するCO2濃度が特徴です。 LGGEとBernの両方のデータで。氷の層序が乱れているため8、コアのこの部分は気候信号を反映していません。したがって、新しいデータセットの詳細な説明は、3,190.56 mを超える浅い部分、つまり、海洋酸素同位体ステージ（MIS）20、800 kyrBPに対応する氷河に限定します。 レコードの主な特徴は次のとおりです。 188p.p.m.vの氷河レベルから始まります。 MIS 20では、CO2濃度は約70p.p.m.v上昇します。 9キロ以内。この傾斜は、過去450年間の5つの氷期から間氷期への移行に似ています（詳細な比較については、補足情報を参照してください）。 MIS 19の開始時に、CO2は到達します. その極大値は261p.p.m.v.で、これはMIS 13および15の最高レベルと同様ですが、最近の4つの間氷期よりも大幅に低くなっています。 MIS 5および9と同様に、CO2は約15p.p.m.v低下します。 MIS 19では、約10 kyrのゆっくりと減少する段階になり、その後、鋸歯状のパターンで氷河レベルに減少します。 最初のピーク後の10年間のこのゆっくりとした減少は、完新世のCO2レベルのゆっくりとした増加、およびMIS 11のさらに遅い増加とは対照的ですが、これら3つの期間の軌道構成は似ています。 ----------著者所属組織/連絡先---------- 1気候および環境物理学、物理学研究所、ベルン大学、Sidlerstrasse 5、CH-3012ベルン、スイス、およびOeschger Center for Climate Change Research、ベルン大学、Erlachstrasse 9a、CH-3012ベルン、スイス。 2 Laboratoire de Glaciologie et Ge´ophysique de l’Environnement（LGGE）、CNRS-Universite´ Joseph Furiore Grenoble、54 Rue Molie`re、38402 St Martin d’He`res、France。 3 Institut Pierre Simon Laplace / Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement、CEA-CNRS-University Versailles-Saint Quentin、CE Saclay、Orme des Merisiers、91191 Gif-sur-Yvette、France。 4アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所（AWI）、コロンバスシュトラーセ、D-27568ブレーマーハーフェン、ドイツ。 {現在の住所：Center for Ice and Climate、Niels Bohr Institute、University of Copenhagen、Juliane Maries Vej 30、DK-2100 Copenhagen OE、Denmark（T.B。）;国立極地研究所情報システム研究所、板橋区加賀1-9-10、東京173-8515、日本（K.K.）。  図1 |ドームCのCO2データ。灰色の線で結ばれた黒い実線の円：ベルンで測定されたデータ（4〜6サンプルの平均）。エラーバーは平均の1を表します（s.d.）。赤い白丸：グルノーブルで測定されたデータ（2s 5 3 p.p.m.v.）。青い黒丸：Siegenthaler etal.4によって公開されたドームCCO2データ。緑色の固体ダイヤモンド：昇華抽出技術で測定を制御します。黒い矢印は、CO2値が339 6 56p.p.m.vであることを示しています。 （s.d。）、3,178.12 mの深さで検出された遺物（年齢：783、040年BP）。すべてのデータはEDC3_gas_a年齢スケールでプロットされます26。氷河の終結は、下付き文字にローマ数字を使用して示されます（たとえばTVIII）。 MISは海洋酸素同位体ステージ27を示します。 MIS 18は、明確に分離された2つのフェーズで構成されています。初期のフェーズは、最小の177p.p.m.vに達します。 2番目に急速に増加する直前、205〜212p.p.m.vの間のかなり一定のCO2濃度のフェーズ。 20キロ持続します。約30p.p.m.v.の急激な減少数千年以内に、MIS 15.2および15.4と同様に、同様に40p.p.m.vで急速に増加します。 （終了VIII）次の間氷期の始まりを示します。 MIS 17の40、000年間、CO2は215〜240 p.p.m.v.の範囲であり、過去800年間の他の間氷期よりも大幅に低くなっています。 MIS 16の開始時、CO2は180p.p.m.v未満のままです。 3年間、おそらく海洋におけるより顕著な氷河炭素貯留を反映している。この期間中、CO2は氷床コアでこれまでに見られた最低値である172p.p.m.vに低下します。 （667 kyr BP）、第四紀後期のCO2の自然範囲を約170〜300 p.p.m.v.に再定義してから、8p.p.m.v。の速度で上昇します。 kyr–1〜190 p.p.m.v. 665 kyrBPで。図2は、ドームC（650〜390 kyr BP4および22〜0 kyr BP5）、Vostok1〜3（440〜0 kyr BP）、およびテイラードーム6（60〜20 kyr BP）の氷床コアの結果と一緒にデータを示しています。 8つの氷河サイクルにわたる複合CO2記録で。これらの800年間、CO2は南極の気温と強く結びついています（r 2 5 0.82）。 南極の気温とCO2の間には強い定常関係があることが以前に示唆されました4。しかし、私たちのデータは、この振る舞いからの大幅な逸脱を明らかにしています。  図2 | 過去800年にわたるCO2記録とEPICAドームCの温度異常の編集。 EDC3タイムスケール13にプロットされた、最後のミレニアム8の平均温度に関するドームC温度異常レコード（500年の分解能に補間された元の重水素データに基づく）は、黒いステップ曲線として示されています。 CO2のデータは、ドームC（紫5、青4、黒の黒丸：ベルンで測定されたこの作品、赤の白丸：グルノーブルで測定されたこの作品）、テイラードーム6（茶色）、およびVostok1–3（緑）からのものです。 すべてのCO2値は、EDC3_gas_a年齢スケールにあります26。 水平線は、799〜650、650〜450、450〜270、および270〜50 kyrBPの期間の温度とCO2の平均値です。 氷河の終端は、下付き文字にローマ数字を使用して示されます（TIなど）。 海洋酸素同位体ステージ（MIS）は、イタリック体のアラビア数字で示されています27。 ：MIS 17中のCO2の大気中濃度は、MIS 13、15、および19中のレベルを大幅に下回っています。これは、これらの間氷期に常に同等のレベルに達する温度変化からも、炭素循環モデルからも予想されません11。 MIS 14を除いて、すべての氷期の最も寒いレベルの温度異常（最後のミレニアムの平均温度と比較して）は約29〜29.5 uCの範囲で、CO2濃度は一般に180〜190ppmvの範囲です。例外はMIS16です。 MIS 16では、172〜180 ppmvの濃度が大幅に低くなっています。MIS16の前後のCO2 /温度関係のこの違いを説明するために、4つの異なる時間間隔（799〜650、650〜450、450）の平均値を計算します。 –270および270–50 kyr BP）。 すべての間隔は、2つの間氷期を含む氷河の途中で開始および終了します（詳細については、補足情報を参照してください）。これらの4つの間隔（それぞれ25.5、25.1、24.9、および25.5 uC）の平均温度異常は、互いにわずかに異なるだけですが、799〜650 kyr（212 ppmv）のCO2の平均値は、後続の期間（227、234、および222 ppmv。補足情報の詳細な図を参照）。このシフトは予期しないものであり、この調査の新しい測定間隔が始まる場所で発生します。 ただし、（1）不純物の量の増加12、（2）深さとともに温度が上昇する（3060mで27.2 uC〜24.2 uC）ため、CO2記録に変化が見られないため、これは堅牢な機能であり、測定のアーティファクトではないようです。 3,200 m、圧力融点：22.3 uC）または（3）氷の構造の変化。また、この期間中、予備的なO2 / N2および空気含有量データ（D.RaynaudおよびG.Dreyfus、私信）に特異性は見られません。さらに、Siegenthaler et al.4のデータ、異なる抽出手法を使用したグルノーブルとベルンの測定値（この作業）の間には全体的に良好な一致があります。 まとめると、私たちの記録は真の大気中のCO2濃度を反映していると結論付けます。 CO2濃度が約15p.p.m.vである代わりにより低い場合、CO2 /温度シフトは、同位体組成が温度を約1uC過大評価することによっても説明できます。 ただし、推定温度変化の標高13と水分源の補正はどちらも、MIS 16と18の間の温度の体系的な過大評価を示していません。これは、約25p.p.m.vの長期的なCO2増加がある可能性があることを意味します。 800から400kyrBPまで。 15p.p.m.v.の長期的な減少とともに過去4回の氷河期の間に、おそらく風化の変化14または世界の海洋の炭素貯留層の大規模な再編成15の影響を受けて、数105年のタイムスケールで大気中のCO2濃度が著しくゆっくりと変動することを示唆します。 一貫した長期的なCO2の傾向と、海洋記録に見られる第4次炭素循環の500キロ変動との関連の可能性についての仮説を検証するには、より古い氷が必要です15。長期的な変化に加えて、ミレニアル世代の気候変動に対する炭素循環の反応は特に興味深いものです。 Indermu¨hleetal.6は、約15p.p.m.vのピークツーピーク振幅を持つ4つの明確な振動を発見しました。 テイラードーム氷床コアの最終氷期。これらの変動は、南極同位体最大（AIM）イベント（振幅が1〜3 uCの南極温暖化イベント）の大きい方に付随します7,16,17。 AIMイベントは、ダンスガード・オシュガーイベントとして知られる北半球での短くてより顕著な温暖化イベントの対応物であり18、したがって、海洋および陸域のプロセスが再構築されたCO2変動に寄与する可能性のある双極シーソー19–21の兆候です22,23。私たちの記録におけるミレニアルスケールの変動の最も古い痕跡は、778から752 kyr BPの間に検出されます（図2）。 南極の気温8、CO2、およびメタンの大気中濃度24は、その変動が主に北半球の気温と降水量の変化によって影響を受ける25、3つの明確な相対最大値を示しています（図3）。これらのデータをMIS3中の対応する変動と比較すると、3つの量すべてが両方の期間中に同じ範囲で変動することがわかります（補足表3を参照）。  図3 | MIS18中のAIMイベント。ドームCCO2の変動（黒い黒丸、4〜6サンプルの平均、エラーバーは平均（sd）の1）、メタン24（緑）、および過去の平均温度に基づく温度異常 778〜752 kyr BPのミレニアム8（黒いステップ曲線）。 ガスはEDC3_gas_a年齢スケール26にプロットされ、温度はEDC3タイムスケール13にプロットされます。 文字AからCは、3つのイベントを示します。 さらに、MIS 18のこれら3つのイベントのCH4の増加率は、MIS 3の大規模なAIMイベント中のEDC氷床コアの増加率と同様です。最後に、イベントAとBのCO2の漸増は、数千年前のCH4。これはMIS37の大規模なAIMイベントのもう1つの典型的な特徴です。 CO2の増加が比較的小さいため、イベントCのフェーズはあまり明確ではありませんが、私たちの調査結果は、MIS 18中のアクティブなバイポーラシーソーを強力にサポートします。方法の概要ベルン大学とLGGEで使用されるルーチンCO2測定の分析方法グルノーブルは乾式抽出に基づいています それぞれレーザー吸収分光法とガスクロマトグラフィーが続く技術。ベルンでは、氷床コアの各深度レベル（550 mmごと）から4〜6個のサンプル（23 3 23 3 16 mm; 8 g）がランダムな順序で測定されます（同じ日に2つ、すべての深度間隔の後に次の2つ） 2回測定されています）。サンプルは、真空条件下で冷却されたニードルクラッカーによって粉砕されます。サンプルコンテナをコールドトラップに数分間接続して、クラスレートから空気を放出します。その後、空気は測定セルに膨張し、そこでレーザーがCO2分子の振動-回転遷移の吸収線上で6回調整されます。 キャリブレーションは、世界気象機関のモル分率スケールでスケーリングされた空気中のCO2標準ガス（251.65 p.p.m.v.）を使用して行われます。グルノーブルでは、すべての深さレベルで、約40 gの氷の1〜3個のサンプルが真空条件下で粉砕されます。約20分後、抽出されたガスはガスクロマトグラフのサンプルループで膨張し、分析されます。抽出された空気の量に応じて、3〜5回の連続分析が行われます。 ガスを注入した水蒸気の影響を回避するために、CO2比はCO2ピークと空気（O2 1 N2）ピークの比として計算されます。キャリブレーションは、3つのCSIRO標準（260.3 p.p.m.v.、321.1 p.p.m.v.、および172.8 p.p.m.v.）でスケーリングされたAirLiquide標準を使用して行われます。 2007年10月12日に受領。 2008年3月17日受理。 参考文献 1. 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