グリーンランド東部の氷流を貫通した氷床コア、基盤岩層に到達
(news.ku.dk)- コペンハーゲン大学が主導する国際共同研究 EGRIP は、7年間の掘削の末、グリーンランド東部氷床下 2670m 地点の基盤岩層に到達した
- 深層氷床コアが 氷流 を最後まで貫通した初の事例で、海岸方向へ滑る巨大な氷の流れを直接分析できるようになった
- 研究チームは、厚さ2670mの氷全体が年 58m の速度でブロックのように動き、濡れた泥層の上を流れ、底部では氷が融けているという測定結果を得た
- 氷床コアには過去 12万年 の気候記録が含まれており、下部の氷は、グリーンランド上空の気温が現在より 5°C 高かった最後の間氷期までさかのぼる
- グリーンランド氷床の損失の半分は、まだ十分に理解されていない 氷流 に由来するため、今回の掘削結果は海面上昇予測モデルの改善に利用できる
EGRIPによる氷流貫通掘削の成功
- コペンハーゲン大学の氷床コア科学者らが率いる国際共同研究 EGRIP は、グリーンランド東部の研究基地で氷床の底まで掘削する目標を達成した
- 7年間の掘削の末、厚さ 2670m の氷を貫通して基盤岩層に到達した
- 今回の成果は、巨大な氷が海岸方向へ滑る 氷流 で深層氷床コアを最後まで掘削した初の事例である
- 底部から出てきた泥は約 100万年 にわたり光を見ていなかった物質であり、白色光が氷床コアの材料を損傷する可能性があるため、赤色光の下で回収された
- 最後の氷床コアは直ちに密封・冷凍処理され、Kangerlussuaq Airportを経由してデンマークへ移送される予定である
氷はどのように動いていたのか
- 掘削結果は、氷流が周囲のゆっくり動く氷床から分離し、氷の川 のように流れることを示している
- 厚さ2670mの氷の塊全体が1つの ブロック のように年 58m の速度で動いていると測定された
- この氷のブロックは基盤岩上の 濡れた泥層 の上に浮いており、泥層は流砂層のように作用して、氷が基盤岩の上を比較的妨げられずに流れるようにしている
- 氷床の底近くでは、氷の中に埋まった岩石や砂が見つかり、測定の結果、底部で氷が融けていることが分かった
- この観測は氷の移動方式に関する基本的な理解を変え、気候モデル の再調整につながる可能性がある
最後の4mと装置の危機
- 最後の氷床コアは 2023年7月21日 に掘削された
- 最終 4m 区間は、氷の中の砂利のため、岩石コアリングシステムで掘り進める必要があった
- 岩石ドリルが底部の濡れた泥にはまり、最後のコアとドリルの両方を失いかねない状況が発生した
- 研究チームはドリルを引き抜くことに成功し、氷流を完全に貫通した後、氷の下で泥を確認した
2670mにわたる気候記録
- 氷床コア全体は、地球の気候が過去 12万年 にわたってどのように変化したかを収めた、長さ 2670m の記録である
- 底部側の氷は 12万年以上 前のもので、最後の間氷期までさかのぼる
- その時期は、グリーンランド上空の大気温度が現在より 5°C 高かった時代である
- 氷床コアの品質が高いため、研究チームは最後の氷期以降の 11,700年 にわたる温暖期と寒冷期、さらに人間活動による人為的変化まで文書化できると期待している
- 最後の氷床コアの分析は、研究チームがコペンハーゲンに戻る秋に始まる
- EGRIPの氷床コアは、コペンハーゲン郊外Brøndbyのデンマーク氷床コア保管施設に保管され、そこにはグリーンランド深部氷床コアの大半も一緒に保管されている
- 以前の年度に掘削された氷床コアのサンプルは 30以上 の研究所で分析され、最初の 53本 の論文が出版された
移動式キャンプと掘削技術
- EGRIPキャンプは 移動式 として設計されている
- 主建物である“The Dome”はスキーの上にある
- 残りの機材とインフラはそりの上にある
- キャンプ全体は軌道車両で牽引し、グリーンランド氷床上の新しい掘削地点へ移動できる
- 掘削トレンチと科学トレンチは雪の下に構築される
- 直径 5m、長さ 45m の風船を深さ 7m のトレンチ内で膨らませる
- 風船の上に雪をかぶせた後、数日後に風船を抜き取り、掘削作業と氷床コア分析のための空間を作る
- デンマーク製のドリルには新しい 電子航法パッケージ が搭載されており、掘削担当者が氷床コアドリルの傾きを制御し、同じ掘削孔で将来繰り返しコアリングできるようにしている
海面上昇予測と国際協力
- グリーンランド氷床の損失は 海面上昇 の主な要因の1つであり、グリーンランドの気温が上昇し続けるにつれて増加すると予想されている
- この損失の半分はグリーンランドの 氷流 に由来するが、氷流の挙動はまだ十分に理解されていない
- 氷流がどのように動くのかに関する知識は、将来の海面上昇を理解し、予測精度を高めるうえで重要である
- 氷がちぎれて落ちるのではなく、泥の上をブロックのように滑るという観測は、再調整されたモデルによる海面予測の改善に貢献し得る
- EGRIPは 12か国 が参加した国際プロジェクトである
- 参加国はDenmark, United States, Germany, Japan, Norway, Switzerland, China, Canada, France, South Korea, United Kingdom, Swedenである
- 物流はUniversity of CopenhagenとUS National Science Foundationが担当している
- 600人以上の現地参加者のうち 40% は、EGRIPの国際的な研究環境で訓練を受けた若手科学者である
- Denmarkはプロジェクト予算の 55% を負担する最大のパートナーである
- 関連情報は EGRIP homepage で確認でき、出版物一覧は EGRIP Publications にある
1件のコメント
Hacker News のコメント
重要なプロジェクトだ。氷の下の泥を見たいなら、2年待って氷が溶けるのを待てばいいのでは、という冗談も言えるが、記事にある「氷がどのように動くのかについての基本的理解を再定義するため、気候モデルを変えることになる」という Dorthe Dahl-Jensen の言葉が核心だ
気候科学のかなりの部分、もしかすると大部分は、地球の気候を形作る大きな構成要素の「影響に対する応答」を説明するモデル、主に微分方程式を作る作業だ。モデルが良くなるほど、次に何が起きるかをよりよく推定できるし、入力変数を自由に制御できないシステムでは特に必要になる
大きな未知数の一つは「雲がどこにできるか」だ。これは温度に応じた空気の水分保持能力の理解から来ており、気温上昇は空気がより多くの水を含むことを可能にし、水は雲形成の基盤となる。低い雲はアルベドを高めて温度を下げ、高い雲は半鏡面のように働き、地表から反射された光を再び下へ戻して、熱を生み出す機会をもう一度与える
IPCC の作業の多くは MATLAB で行われているため[1,2]、そこそこ強力なワークステーションがあれば、さまざまな初期条件や設定を自分で変えながら未来を実験できる
遠い未来がどうであれ、近い将来にはより激しい嵐が来るという点は変わらない。嵐は空気・陸地・海の温度差からエネルギーを得るからだ
個人的に興味深いのは、氷期がどのように始まるのかについて良いモデルがないことだ。温暖化がある閾値を超えると雲を作り、核のない「核の冬」シナリオのような冷却を引き起こし得る、という論文はあるが、核の冬研究がかなり精緻化されて以降、最近の出版動向を見る限り、そのシナリオはおおむね可能性が低そうに見える。Turco の研究[3]と、それを引用している文章が出発点としてよい。煙やすすは雲ではないので完全ではないが、大気中の遮蔽物の蓄積と拡散そのものは堅実な内容だ
[1] IPCC 報告書のグラフ作成に使われた一部のコードと情報 -- https://github.com/IPCC-WG1/Chapter-9
[2] Mathworks による気候データツールボックスの宣伝 -- https://www.mathworks.com/discovery/climate-stress-testing.h...
[3] Climate and Smoke: an Appraisal of Nuclear Winter -- https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.11538069
すべての雲は白いので、日中は太陽光を宇宙へ反射して地球を冷やす。同時に、すべての雲は赤外線領域ではほぼ黒体のように振る舞うため、赤外線として放出するエネルギー量は雲の温度で決まる。より冷たい雲ほど放出するエネルギーは少ない
ほぼすべての雲はその下の地表より冷たいため、晴天時よりも宇宙へ出ていく赤外線エネルギーは減る。これは地球が宇宙へ放出するエネルギーを減らし、気候を暖める
高い雲は低い雲よりさらに冷たいため、温暖化効果がより強い。要約すると、低い雲は太陽光を反射して冷却し、赤外線はあまり閉じ込めないので正味の効果は冷却であり、高い雲は太陽光反射による冷却より赤外線の捕捉が大きいため、正味の効果は温暖化となる
「近い将来にはより激しい嵐が来る」という言い方はある程度正しいが、多くのニュアンスが必要だ。特に 北極増幅のため、極域と赤道の間の温度勾配はむしろ弱まっている。新型コロナの研究所流出説を信じがちな人なら、ここで「なら極端な嵐はあり得ない」と飛びつくかもしれないが、実際には上層大気の波である Rossby 波がより蛇行するように変化している。CO2 による温暖化で増えたエネルギーが、より強い輸送とより大きな変動性を生んでいるという意味であって、常により大きな勾配を作るという意味ではない。もちろん、時には勾配も極端になり得る
気候とは結局、時間スケールと空間スケールの問題だ。大気中に CO2 を大量に入れれば、その両方が乱れる
また、これがグリーンランド氷床の底まで掘った最初のコアではないことも指摘しておきたい。2番目でもない。一部のコメントはそう示唆しているように見える。このように文脈を抜いて報道・発表する科学コミュニケーションはあまり良くない。もちろん重要な作業ではあるが、過去の複数の深部コア掘削実験を受け継ぎ、改善する研究だ。以前のコアのサンプルもまだたくさん残っている。研究する価値は非常に大きく、重要な新しい洞察をもたらすことを願っているが、かなりの先行研究の上に成り立つ仕事だ[1]。タイトルが曖昧なので、外部の人や一般の読者にはこの点が理解しにくいかもしれない
ついでに少し辛辣に言えば、IPCC の MATLAB コードは人類に対する犯罪であり、Mathworks は本当に嫌いだ
[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210315165639.h...
光の波動/粒子実験を思い浮かべればよい。氷河・地質スケールでは物理的な粒子の塊として存在するが、動きはより波に近い。全体の塊の中の物質は、粒子として捕捉されたあり方に応じてぶら下がり、位置しているが、氷河質量の特性は流体波のように振る舞うように見えることがある
だから 氷河流動の時間表が分かれば、粒子が最も多い氷河スラリーがどこに捕らえられているのか、つまり特定の出来事の際に運ばれてきた鉱物や生物学的残渣がどこにあるのかも予測できるかもしれない
フィールド調査の仕事はどうやって得るのか気になる。センサーを扱いながらも屋外に出て作業し、分析まで行うような仕事のこと。
興味深い点：「底部の氷は12万年以上前のもので、グリーンランド上空の大気温が現在より5°C高かった最後の間氷期までさかのぼる」
予想どおりなら新たな氷期に入るはずの時期でさえ、平均気温が2〜3度上がるという見通しがどれほど異常かを示している。過去に見られなかった高温へ急上昇するということだ
https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_prehistory
エーミアンの気候は現在の完新世より温暖だったと考えられている。現在とは異なる地球軌道要素、つまりより大きな地軸の傾きと離心率、近日点の変化として知られるミランコビッチ・サイクルが、北半球の季節ごとの気温変化をより大きくした可能性が高い。北半球の夏には、北極域の気温が2011年より約2〜4°C高かった
当時、カバはライン川やテムズ川まで北上し、米国大平原の草原・森林境界は現在のダラス付近ではなくテキサス州ラボック付近までさらに西にあり、海面のピークは現在より6〜9m高かった可能性が高い
https://en.wikipedia.org/wiki/Eemian
結論としては、大規模な炭素回収が早急に必要だということだ。ネットゼロに到達しても、CO2が産業革命前の水準まで下がるには数千年かかる
付け加えると、「産業革命前の水準」そのものだけに焦点を当てる必要はなく、要点は現在の濃度が高すぎるので、できるだけ早く下げるべきだということだ
直径10m、深さ2.7kmに見える穴の写真を見せていないのが信じられない
最終的な氷床コアの写真[1]を見ると、実際の掘削孔がどれほど小さいか分かる
[1] https://science.ku.dk/english/press/news/2023/pay-dirt-for-i...
10km以上をあちこちに安く掘れる良い方法を見つけられれば、手に入るものは多いはずだ。マントルは厚さが2000km以上あり、最も深い鉱山でも3〜4km程度だ
この方式で膨大な熱も得られるし、もしかすると廃棄物処理にも使えるかもしれない。Master Of Orion 2にはDeep Core MinesとCore Waste Dumpsがあったが、それが道なのかもしれない
そこでは実際の穴が直径約10cmで、雪の下の実際の掘削現場も見られる
科学研究のための大きな穴の掘削に関心があるなら、地震と津波に関連して https://usoceandiscovery.org/wp-content/uploads/2016/06/Casc... を読む価値がある
要約すると、密封された掘削孔内の地球物理・水文観測所は、地殻形成物の水文学を理解する強力なツールであり、体積ひずみ変化から生じる水文信号を測定する手段であり、高品質の地震・測地機器のための安定した設置場所を提供する
このデータは単独でも有用だが、他の研究と相関させる際にも有用だ。たとえば約400年前に米国太平洋岸北西部沖で発生した大地震（https://en.wikipedia.org/wiki/1700_Cascadia_earthquake）と、日本の対応する津波が参考になる
計算すると、毎時約4.3cmの速度だ。なぜこの工程にこれほど時間がかかるのか説明できる人はいる？
ほぼ同じ深さまで掘削した南極の事例としては、ドームCのEPICAが8回の間氷期を示している[0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/European_Project_for_Ice_Corin...
氷を融かすスラリー・ボットの設計も可能に見える。掘削孔の外径は熱やレーザーで融かし、レーザーや熱を掘削装置前方の円すい方向に照射し、中央のパイプは真空にして融けたスラリーを吸い上げる方式
理論上、12万年前の冷凍動物を完全なDNAとともに見つけることは可能だろうか？
これは実際の「冷凍動物」というより、すべてがある程度混ざっていて、残った断片を既存の塩基配列と比較する必要があったケース
https://www.nytimes.com/2022/12/07/science/oldest-dna-greenl...
[0] https://www.theguardian.com/world/2012/feb/21/russian-scient...
人間はいいものだ。どうにか掘削を始めることにし、7年間あきらめずに資金を獲得した
私たちは狂っているが、興味深い生き物だ