目次
アイスコアって何？

　アイスコアって何？

　南極やグリーンランドの氷床は、数万年から数十万年にわたる過去の積雪が積み重なってできたものです。こうした氷を専用のドリルによってくりぬき、円柱状のサンプル  －アイスコア－  を採取・分析すると、それがもともと雪として降り積もった時代の地球の古環境を読み解くことができます。地球の気候変動の将来を予測する上で、とても重要なデータを供給します。中緯度の山岳地帯には氷河や氷帽（山頂付近を覆う氷）が存在し、そうした氷河でもアイスコアを採取し気候や環境の変動を研究します。

　本ページでは、アイスコア研究のなかでも最も規模の大きな研究である、南極大陸での深層アイスコア研究に焦点をあてて紹介します。

  

　アイスコアは、地球環境変動史(東南極で約70-80万年）の重要な情報源です。アイスコアには、地球の気温の変遷にかかる情報、温室効果ガスを含む、地球の大気成分の変遷にかかる情報、海洋環境の情報、陸域環境、さらには、宇宙起源（たとえば太陽活動）の情報を含んでいます。こうした情報は、アイスコアを構成する水の同位体の分析、含有の微量イオンや不純物の分析、土壌起源は火山噴火起源の固体微粒子や火山灰の分析などから明らかにしていくことができます。　

　アイスコアの掘削場所は、どの地域のどれだけの時間スケールの気候変動の歴史を明らかにしたいかの目的に基づいて決定します。全地球規模の気候変動の歴史を100万年の時間スケールで明らかにしたい場合には、南極大陸でなければ、そうした古くまで時代をさかのぼれる氷は残っていません。大西洋の北部に位置するグリーンランド島も、南極と同様に巨大な氷床に覆われていますが、さかのぼれる時間スケールは10万年程度になります。中緯度や極域の氷河や氷帽では、さらに短い時間スケールだが、高分解能の気候変動の解明研究を実施しています。ここに書いたどの場所にしても、極寒の極地です。きわめて周到に準備をしてすすめる仕事になります。

　アイスコアは、専用のアイスコア掘削機を用いて掘削します。ドームふじで実際に使用されている掘削機の図を示します。この掘削機の開発は1980年代にはじまり、既に30年以上にわたる関係者の開発・改良の歴史があります。現在の掘削機は、１回のコア掘削で約４ｍ長のアイスコアを掘削することができます。氷床の表面から、約3000m厚の氷を採取するためには、掘削機を1000回以上掘削孔のなかに昇降させて繰り返し掘る必要があります。実際に採取されるアイスコアの直径は94mmです。掘削機の刃を回転させながら周囲の氷を切削していくため、刃の削りしろを必要とします。実際の掘削孔の径は135mmです。掘削した孔の内部には、周囲の氷床から高い静水圧がかかります。そのため、掘削孔周囲の氷が変形して孔が閉じてしまうことを予防するために、掘削孔の内部は「液封液」と呼ぶ氷とほぼ同等の密度をもち粘性の小さい液体を流し込みます。掘削孔の深度約100mよりも深いところは、この液封液で満たされます。日本が実施するアイスコア掘削では、この液封液としては「酢酸ブチル」という有機溶剤を用いています。

写真左　掘削機のバレルから採取したアイスコアを取り出すところ。　写真右　掘削機を制御する掘削コントロール室の風景。


 

写真左　12m長の掘削機を地下に向けて吊り降ろすための溝、通称トレンチ。　写真右　掘削機の筒（バレル）に充填されて引きあげられたばかりのアイスコア。


 

　掘削したアイスコアは、やがて日本に持ち帰ったうえで本格的な分析にかける必要があります。南極の掘削現場でまず行う必要のあることがいくつかあります。

掘削の状況やサンプルの状況など、現場のことを正確に記録し、掘削したアイスコアの連続性を確認したうえで基本帳簿を作成する。
現場でおこなうことが合理的であるような計測、あるいは、現場で計測しておかなければならないような事項を計測する。
国内に持ち帰るために必要な切断と梱包を実施する。
優先度の高い梱包から、国内に向けた輸送に送り出す。

こうした一連の作業を、私達は現場処理と呼んでいます。南極の深層コアは、全長3000メートルにもおよびます。このため、上に述べた作業の作業量もとても大きなものになります。南極の内陸基地でのごく限られた人員でこの作業をおこなうため、作業は省力化・自動化して実施します。掘削場の作業環境の温度は概ね-20℃に設定しておこないます。アイスコアを処理する空間も、ほぼ-20℃としています。

　
 
 

　南極内陸部から日本まではどうやってアイスコアを運ぶの？

　合計約14トンにおよぶアイスコアは、以下の流れで日本に向けて送り出します。
まず、ドームふじ基地で、輸送用の橇に積載し、南極氷床の上を約1050km輸送し、沿岸にあるヘリコプターの空輸拠点まで輸送します。
空輸拠点で、砕氷艦「しらせ」のもつヘリコプターに積み替え、砕氷艦「しらせ」上に搭載された冷凍物資用コンテナに積み替えます。
こうして「しらせ」に積載されたアイスコアは、南極から日本までの長い航海を経て、日本に送り届けられます。
アイスコアは、現在は主に、東京都立川市にある国立極地研究所に輸送し、そこに保存されています。アイスコアの一部は、札幌市にある北海道大学低温科学研究所に保管されているほか、首都圏の大震災などの災害への備えとして一部を仙台市にある冷凍倉庫に貯蔵しています。　

 

写真左：橇に段ボールを積載し、断熱のシートで覆いをかけた。強い日射によるアイスコアの昇温を防ぐための輸送法（2005年）
写真右：同様にアイスコアを積載した橇列の作成（2018年）


 

写真左：アイスコアを積載した橇をけん引する雪上車。この雪上車で、約1000km牽引します。行程は約３週間かかります。
図右：雪上車による約1000kmの輸送経路。沿岸でヘリコプターに移し替えて、砕氷艦「しらせ」へ空輸します。


  

写真左：アイスコアを搭載した橇の付近に「しらせ」から大陸上に飛来したヘリコプターが到着したところ。このタイミングで仮に悪天に遭遇してしまうと、ヘリコプターが現地へ飛ぶことができず、その間にアイスコアが現地の気温である-10℃程度まで昇温してしまいます。好天時にこの沿岸の輸送拠点に到着できるように気象状況を慎重に見計らって行動します。
写真右：ヘリコプター内に積載されたアイスコアが甲板に降ろされたところ。これから冷凍コンテナへ入れます。

2004年～2007年にかけて掘削した3035m長のアイスコアは、段階的に日本国内に向けての輸送を続けてきましたが、2018年4月までに全アイスコアの日本に向けた輸送を完了しました。

 

　国内へ持ち帰ったあとはどうするの？

　研究の全国的組織体制をつくっています

　ここで紹介しているドームふじ深層アイスコアの国内での研究は、国立極地研究所アイスコア研究委員会の中に設置された共同研究組織「ドームふじアイスコアコンソーシアム（略称：ICC）」のもとで実施されています。ICCでは、国内外の関連研究期間が効果的に連携と推進することをはかっています。このICC は、南極氷床ドームふじ深層掘削計画で掘削された深層および浅層コアの解析と研究を実施する目的で組織されました。 構成メンバーは各研究機関や大学からの参加で合計約80名です。ICCは、アイスコアの管理、研究計画立案、解析の実施、解析情報の相互利用と共同研究の推進、研究会の開催、 研究成果の国内外への発信の奨励などをおこなっています。下のバナーをクリックするとICCのホームページが開きます。

　研究センターの体制をつくっています

　国立極地研究所には、南極やグリーンランドなどから採取されるアイスコアの研究を強化し、中長期的視野に立ってアイスコア研究を総合的に推進していくこと目的としてアイスコア研究センターが設置されています。このセンターは、世界最先端の氷床深層掘削技術を有しています。南極氷床内陸に建設したドームふじ基地にて２度にわたる深層掘削を実施し、70万年以上をカバーする3035mの深さまでのアイスコア掘削に成功した実績を持ちます。また、100～300mの深さの浅層アイスコアの掘削を南極・北極やグリーンランドの多地点で実施してきました。本センターはアイスコア研究分野において、高度なサンプルの分析研究と高度な掘削技術を持つという大きな特色を持っています。さらに、アイスコアを、高度な分析技術を駆使した分析機器群を用いて高速で分析することができる体制をこれまでにととのえてきました。アイスコア研究センターは、国内的と国際的に、アイスコア研究を学際的融合研究として飛躍的な進捗をさせること目指しています。下のバナーをクリックするとホームページが開きます。


　アイスコアの冷凍貯蔵体制　ーこの貴重なサンプルを研究に供しますー

　ドームふじアイスコアの貯蔵は、国立極地研究所、北海道大学低温科学研究所、それに、仙台市にある民間の冷凍倉庫を貯蔵場所としています。各地に分散して貯蔵することによって、仮に震災等の大災害が発生し首都圏の送電機能が麻痺するようなことがあっても、アイスコアサンプルが昇温・融解等で完全に棄損してしまうことの無いようにはかっています。　
　国立極地研究所では、極地研究や関連科学研究・技術研究を推進する施設として、近代的な低温室設備および先端の計測・分析・試料整形機器を有しています。計９室の低温実験室、計６室の低温試料貯蔵室、計２室の常温研究室を設置しています。この低温実験・貯蔵施設は、広く南極・北極等の極地研究者や、低温環境を必要とする実験研究の研究インフラとして活用でき、一定の手続きを経て、使用することができます。ドームふじで採取されたアイスコアは、-50℃それに-30℃の環境下に保存しています。下のバナーをクリックすると低温室のホームページが開きます。各部屋についての詳細は低温室のホームページからからご覧下さい。
　また、サンプルはほぼすべて写真撮影したうえでデータベース化しています。日本にあるサンプルがどれだけ使用されどれだけが保存されているかの情報は随時最新の状態に更新し、研究の関係者で共有しています。

写真：　順に、雪氷コア貯蔵庫Ｂ -50℃（左）、雪氷コア貯蔵庫Ａ－１　 -30℃（中）、前室 　-15℃（右）

　持ち帰ったアイスコアを使ってどんな分析をしているの？

　最も基本的な分析としては、水の同位体の分析、含有化学成分、固体微粒子成分、ガス成分、結晶物理解析の解析が実施され、本ページの上部に示したような気候・環境要素に関する情報を明らかにする作業をつづけています。そして、明らかにした知見やデータを順次論文化して公表を続けています。氷を、分析を通じてデータに変換し、そのデータの検討を通じて気候変動に関する重要な知識（アウトカム）を明らかにする作業に取り組んでいます。知識の革新に挑むには、分析の技術や私達自身の研究能力も常に磨き続けなければなりません。これらに対しても私達はエンドレスの作業として取り組んでいます。

低温室の様子と、解析の様子については、極地研探検2021では研究所探検として動画を公開しています。


写真：国立極地研究所の雪氷コア解析室（-20℃）に於いて、アイスコアの切断・整形や写真撮影・パッキングをおこなっている風景です。右下にある角柱状のサンプルは、連続融解解析（Continuous Flow Analysis: CFAと略称）に使用されます。CFAでは、水の同位体、各種元素分析、メタンガス成分などが、１ｍｍ程度の分解能で連続に分析することが可能になっています。



 

写真左：CFAの連続融解装置。正面に見えるのは冷凍庫。このなかで、金色に見える融解ヘッドをもちいて、角柱状のアイスコアサンプルを下側から融かしています。融解水や融解の結果アイスコアから解放されるガス成分は、それぞれ専用の分析装置に送られ、データに変換されていきます。
写真右：CFA装置のオペレーターが見るコントロール装置。




写真：アイスコアを構成する結晶の物理的な解析の一例。左：結晶表面での光の反射。中：結晶の偏光薄片写真。色の違いは、氷を構成する様々な結晶粒の向きが違うことを意味しています。右：結晶方位計測結果を色を使って表現したもの。

 

　いま目指しているものは何？

　私達は、気候・環境変動の歴史を明らかにするため、これまで採取してきたアイスコアに最先端の技術を用いて分析を継続し、論文出版を続けています。同時に、過去100万年をこえる時間スケールの気候・環境変動史を明らかにする「第三期ドームふじ観測計画」が立案され、実行段階にはいりつつあります。下の写真をクリックすると、ホームページが開きます。

　第二期ドームふじ観測計画において、72万年をさかのぼる氷床深層コアが掘削され、10万年周期の氷期･間氷期サイクルや、突然起こった気候変動などの研究に貢献してきました。一方で、海底堆積物コア解析による、さらに古い時代までの環境復元によると、氷期・間氷期サイクルの卓越周期は約4万年であったことが報告されています。しかしながら、その原因や10万年周期への移行のメカニズムはわかっていません。

そのため、100万年を超える気候記録を有する氷床コアを取得し、南極の気候と温室効果ガス濃度を復元することが、気候研究における大きな課題となっています。氷床コア掘削・研究の国際共同推進のためのエキスパートグループであるInternational Partnership in Ice Core Sciences（IPICS）は、重要課題として「Oldest Ice Core」（最古の氷床コア）プロジェクトを設定しています。これは、南極の異なる地点で複数の氷床コアを掘削し、150万年前までの気候記録の獲得を目指すものです。

　100万年を超える古い氷は、複数の条件を満たした場所に存在すると推定されています。氷は厚いほどその最下層に古い年代の氷が保存されている可能性が高くなりますが、一方で厚い氷は大きな断熱効果を持つため、地殻熱によって氷床底面が融解します。そのため、底面が凍結し、かつ古い氷が存在する適度な氷厚が求められます。また氷床流動が活発な場所では内部層構造が乱される可能性が高いため、低速で安定した氷床流動である必要があります。さらに古い氷が存在するためには、小さな涵養量であることも必要条件です。これらの条件を考慮した氷床モデル研究により（Fischer et al., 2013）、南極氷床の中で100万年を超える古い氷が存在しうる場所が推定されています。

　上記の条件を満たす複数の場所では、各国が掘削計画を進めています。ドームCでは、欧州連合のBeyond EPICAプロジェクトとオーストラリアがそれぞれ候補地として選定しています。またロシアはボストーク基地上流のリッジBでの探査を予定しています。ドームふじ周辺においても、氷床底面が凍結しており、流動が遅く安定した場所に、より古い氷が存在することが期待されます。当計画では、ドームふじ近傍における最も古い氷床コアの掘削を目的とします。

　終わりに

　アイスコアの研究は、古気候の解明を主な目的としていますが、その研究自体は基本的に科学や工学の多分野の複合的な学問になります。極地で氷を採取し、その氷に対し、様々な解析を実施し、気候や環境変動にかかる情報を読み解いていく研究です．関わる学問領域は多岐にわたります。分析には、科学的な目的に応じて、化学分析、ガス分析、物理分析、生物学的分析など、様々な手法や視点を駆使します。また、読み解いたアイスコア情報の解釈には、気候変動や地球システムにかかる高度な知識が必要になります。南極の探査には、氷河学、雪氷学、気象学、大気科学、レーダ工学などの知識を駆使します。氷床流動のモデル化には、数学や流体やレオロジーの知識が求められます。研究や知識の新たな地平の開拓には、新たな考え方や手法の導入が常に求められます．

　人間活動によって、温暖化や海面上昇や土壌劣化など、私達を取り巻く環境は危機が進行している状況にあります。そうしたなかで、地球の気候・環境システムを理解する重大な一部分を担っていきます。

　このページを訪ねてくださり、この分野の研究に興味をもつ学生の方々が、関連の研究室を訪問し、見学をしたり情報収集をしたりすることは特に歓迎します。現役の研究者や大学院生の生の声を聞き、どんな研究ができるか、どんな可能性をもっているか、どんなキャリア・やりがい・課題、抱える問題があるかをぜひ感じとっていただきたいとおもいます。今後10年、50年、100年、さらに先の将来の地球環境を人類にとって持続可能とするために、今何ができるか、それは科学文明と社会に突き付けられた問いになります。
ドームふじアイスコアコンソーシアム、国立極地研究所アイスコア研究センター、国立極地研究所低温室、国立極地研究所気水圏研究グループのホームページもぜひお訪ねください。