カナダ東部北極地域で永久凍土に保存された前期更新世の氷河氷を発見

学術的背景

永久凍土（permafrost）は、地球上の重要な古環境アーカイブであり、化石、植物遺体、有機物、古代DNAなどの貴重な情報を保存することができます。近年、科学者たちは、永久凍土に保存された氷河氷が、古代の氷河の形態、安定性、および古生態系の研究に重要な手がかりを提供できることを発見しました。しかし、北極地域では後期更新世（late Pleistocene）の永久凍土や地下氷に関する研究が多く行われている一方で、前期更新世（early Pleistocene）の氷河氷に関する報告は非常に稀です。この研究の空白は、北極地域のより早期の氷河活動の理解を制限しています。

カナダ東部のバイロット島（Bylot Island）は、北極地域の重要な研究地点であり、その高原地帯には複数の氷期の氷河堆積物が保存されています。しかし、この地域の前期更新世の氷河活動に関する証拠はこれまで不足していました。本研究は、多分野の手法を用いて、バイロット島の永久凍土に保存された前期更新世の氷河氷の起源、年代、および古環境的な意義を明らかにすることを目的としています。

論文の出典

この論文は、Stéphanie Coulombeらによって執筆され、著者チームはカナダ政府の極地知識センター（Polar Knowledge Canada）、モントリオール大学（Université de Montréal）、ラバル大学（Université Laval）、オタワ大学（University of Ottawa）、およびケベック大学リムスキ校（Université du Québec à Rimouski）から構成されています。論文は2024年10月3日に『Geology』誌にオンライン掲載され、タイトルは『Early Pleistocene glacier ice preserved in permafrost in the eastern Canadian Arctic』です。

研究のプロセス

1. 研究地点とサンプル収集

研究地点はバイロット島の南西部高原（標高約500メートル）に位置しています。研究者たちは、高原の端にある2つの融解スランプ（thaw slump）の頭部で、2つの塊状の地下氷体（BGI-1およびBGI-2）を発見しました。BGI-2氷体は2009年に露出し、研究者たちは氷晶学のサンプルを採取しました。BGI-1氷体は2011年にサンプリングされ、3つの氷コアが採取されました。

2. 氷体の起源と年代の特定

氷体の起源と年代を特定するために、研究者たちは以下の多様な分析方法を採用しました： - 氷体構造分析：氷晶学、氷体内の堆積物分布、および氷体と周囲の堆積物の接触関係を通じて、氷体の形成メカニズムを判断しました。 - 同位体分析：氷体内のδ18OおよびδD同位体値を測定し、氷体の形成環境を推測しました。 - 堆積物分析：氷体を覆う堆積物の粒度分布、珪藻、および花粉分析を行い、堆積環境を特定しました。 - 放射性炭素年代測定：氷体内の溶解有機炭素（DOC）および堆積物中の海洋貝殻の放射性炭素年代測定を行いました。 - 古地磁気測定：堆積物の古地磁気測定を行い、堆積物の年代を特定しました。

3. 結果と考察

氷体の氷河起源

氷体は層状構造を示し、砕屑物を多く含む層と少ない層が交互に現れました。氷体内には、浮遊する氷構造、礫石サイズの漂礫、およびミリメートル厚のシルト層も見つかりました。これらの特徴は、現代の氷河の氷層構造と類似しており、氷体が氷河起源である可能性を示唆しています。さらに、氷体内のδ18O値が低いことも、氷河起源の仮説を支持しています。

氷体の年代

氷体を覆う堆積物は、正常-逆転-正常の古地磁気極性変化を記録しており、堆積物の年代は少なくとも0.773百万年前（Ma）まで遡ることが示されました。放射性炭素年代測定の結果、氷体内のDOCの年代は39,435 ± 1,810年でしたが、現代のDOCによる汚染を考慮し、研究者たちは氷体の実際の年代がさらに古い可能性があると判断しました。古地磁気データを組み合わせて、研究者たちは氷体の年代が少なくとも0.773 Ma、さらにはそれ以前である可能性があると推測しました。

長期保存のメカニズム

氷体が複数の氷期を経て保存されたことは、高原地域が氷期に冷基底氷（cold-based ice）に覆われていたことを示唆しています。このタイプの氷は地表の侵食作用が弱く、初期の氷河堆積物を保護する役割を果たしました。さらに、高原地域の永久凍土条件（2001-2022年の平均地温は-11°C）および堆積物の厚さ（約3メートル）も、氷体の長期保存に貢献しました。

研究の結論

本研究は、多分野の手法を用いて、バイロット島の永久凍土に保存された前期更新世の氷河氷の証拠を初めて発見しました。これらの氷体の年代は少なくとも0.773 Ma、さらにはそれ以前であり、北極地域で知られている最古の氷河氷です。この発見は、バイロット島における前期更新世の氷河活動を明らかにするだけでなく、北極地域の古気候および古環境の変化を研究する上で重要な手がかりを提供します。

研究のハイライト

1. 重要な科学的発見：本研究は、北極の永久凍土に保存された前期更新世の氷河氷の証拠を初めて発見し、この地域の前期更新世氷河活動の研究空白を埋めました。
2. 多分野手法の組み合わせ：研究では、氷晶学、同位体分析、堆積物分析、放射性炭素年代測定、および古地磁気測定など、多様な手法を用いて、氷体の起源と年代に関する包括的な証拠を提供しました。
3. 長期保存メカニズムの解明：研究は、高原地域の冷基底氷の保護作用および永久凍土条件が氷体の長期保存に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。
4. 気候変動への警告：気候変暖により、これらの古代の氷河氷は融解の危機に直面しており、研究結果は北極地域の永久凍土の安定性と地球規模の気候変動への対応に注意を喚起しています。

研究の価値

この研究は、北極地域の前期更新世氷河活動の研究に新たな証拠を提供するだけでなく、永久凍土が気候変動にどのように応答するかを理解する上で重要な参考資料となります。さらに、研究結果は、地球規模の気候変暖に伴い、北極地域の永久凍土と氷河氷が深刻な劣化の危機に直面していることを示しており、これは地球の気候システムと生態系に深い影響を及ぼす可能性があります。