研究内容

 

私の現在の主な研究課題は,駿河トラフ~南海トラフ東部で発生した海溝型地震・津波の履歴調査です.

 

南海トラフ沿いの沿岸完新統における津波堆積物の調査

2011 3 11 14 46 分頃に発生した東北地方太平洋沖地震(Mw 9.0;気象庁)に伴う巨大津波は,岩手県・宮城県・福島県沿岸に大被害を及ぼしました.これを教訓に,国は南海トラフの海溝型地震の被害想定を見直し,従来の防災対象の歴史地震・津波をレベル1の地震(M8程度)・津波「最大クラスの巨大地震(M9)・津波をレベル2の地震・津波」としました.後者は「千年に1度以下」の頻度ですが,津波高≧10 mの巨大津波が南海トラフ沿岸の13 都県に襲来するものです.但し,国は,想定は限られた科学的知見によるので,津波堆積物調査などを促進し,巨大地震の全容解明が必要と述べました.

 

上図の鮮明な図⇒$

私は地層記録から海水準変動を復元する研究を行っており,その際には,一瞬の海水準上昇を示す津波堆積物は除外対象なので,東北地方太平洋沖地震以前から,津波堆積物の知識を有していました.そして,20114月に,息子の小学校の保護者が巨大津波に対してパニックになっていることを知り(小学校は海岸から900mの所で,海岸近くに住む学童が多い),しかも静岡市を含む駿河湾西岸では津波堆積物の調査が無いので,静岡平野や清水平野などでボーリングコアを掘削・調査しました.

 

静岡平野南東部

大谷地区の7 地点で掘削したコアを解析し,1 枚の層厚30cm の分級の良い中粒砂層を発見しました.この砂層は,後背湿地の堆積物(塊状粘土層)に挟まれ,標高約3.04.5m に位置し,堆積年代は35653486 cal. yrBP と推定されます.砂層は基底が侵食面で,級化を呈し,2層のユニットの累重からなる場所もあります.陸方向に500m 以上連続し,粒度組成・粒子形状は前浜や外浜,浜堤の堆積物に類似し,さらに珪藻群集の変化は,砂層の堆積時に隆起のあったことを示唆します.これらことから,Kitamura et al. (2013)は,砂層は南海トラフ東部の地震に伴う津波堆積物と結論付けました.

 

清水平野

14 地点のボーリングコアと1 地点のトレンチの調査によって以下の知見を得ました(Kitamura & Kobayashi, 2014)

(1)西暦1854 年の安政東海地震に伴う地震性隆起による堆積環境の急変の地質学的・古生物学的証拠を得て,隆起は最大で1.2 mで,地震後の漸進的沈降は約0.6 mと推定しました.

(2)内湾堆積物から,4 つの先史時代の津波堆積物を確認しました.津波堆積物は厚さ2070cm で,明瞭な浸食性基底面を持ち,級化を示し,リップアップクラストを含みます.それらの堆積年代はそれぞれ,6180-60105700-5580 cal.yr BP5700-55805520-5320 cal. yr BP4335-41254250-4067 cal. yr BP3670-35403500-3360 cal. yr BP です.また,西暦1498 年の明応地震もしくは西暦1707 年の宝永地震により形成された可能性のあるイベント堆積物も確認しました.

上図の鮮明な図⇒$

 

伊豆半島下田・南伊豆周辺の古地震・古津波堆積物の調査

20123月の内閣府の発表で伊豆半島南端における最大クラスの津波高は25.3 mとされ,地域社会に深刻な影響を与えているため,静岡県と合同で同地域の津波堆積物の調査に取り組み,以下のことが分かりました.

(1)同地域の海岸低地の13 地点の完新統から掘削したコア試料からは津波堆積物は検出されていませんが,下田市街地の1地点から見つかった430-290cal BPから西暦1950年の間に堆積した砂層は1854年の安政東海地震あるいは1707年の宝永地震に伴う津波による可能性があります (北村・小林, 2014)

(2)離水貝層の分布・群集組成・14C 年代から,下田市西部では,紀元前1256-950 前,西暦10001270 , 西暦14301660 年,西暦1506-1815 年に突発的な隆起現象が起きたと推定されます(Kitamura et al., 2014)

(3)静岡県下田市大浦湾奥の海食台で,1854 年の安政東海地震に伴う津波によって転動した津波石を発見しました(北村ほか, 2014).この津波石は,伊豆半島ジオパークの新しいジオサイトになることが期待されます.

 

 

 

静岡県内の津波堆積物調査に基づくレベル2津波の可能性

上記の下田市・南伊豆町沿岸,清水平野,静岡平野に加えて,焼津平野を調査し,その結果をKitamura et al. (2013, 2014)Kitamura & Kobayashi (2014),北村・川手(2015),北村・小林(2014),北村ほか(2011, 2013, 2014, 2015, 2016)で公表しました.そして,Kitamura (2016)は,先行研究(小松原ほか, 2006; 藤原ほか, 2013など)と統括し,東北地方太平洋沖地震の津波堆積物の分布と比較して,静岡県沿岸地域の過去4000年間におけるレベル2の津波の発生の有無を検討しました.その結果,北村・小林(2014)によって命名された六間川-大谷津波による津波堆積物が最も広い分布範囲を示すことが分かりました.レベル2津波は,下田市・南伊豆町沿岸の津波の波高は,六間川低地,静岡平野,清水平野よりも10 m余り高いが,下田市・南伊豆町沿岸では津波堆積物や津波石はありません.このことから,私は六間川―大谷津波はレベル2津波に相当する規模ではなく,静岡県沿岸地域では,過去4千年間にレベル2津波の痕跡はないとしました.この知見は首都圏にもレベル2津波が襲来していないことを意味します

 

明応東海地震の震源・波源域に関する研究

明応825(1498920),南海トラフで大地震が発生しました.明応東海地震です.Ando (1975; Tectonophysics 27: 119140)は南海トラフで発生した大地震の震源域を西からAD領域に分割し,明応地震の破壊領域をC, D領域と推定しました.現在の理解では,南海・駿河トラフの震源域は,ZAE領域に分割され,明応東海地震ではE領域の破壊も連動した可能性があるとされています.しかし,南海トラフ東部から新島・式根島付近までの領域を震源域とする説もあります.

羽鳥(1975; 地震研究所彙報, 50, 171-185)は,明応地震による津波の伝承が熊野から伊豆までの各地だけでなく,鎌倉と房総半島小湊にもあるので,南海トラフ東部から新島・式根島付近に津波の波源域を置きました.さらに,羽鳥(1975)は静岡県下田,東京都新島・式根島の隆起貝層(福富, 1935; 地震, I773-77, 福富, 1938; 地震, I10, 1-4)を,明応東海地震の隆起の証拠としました.この妥当性を検討するため,太田ほか(1983; 地震, II, 36, 587-595)は,液体シンチレーション法で隆起貝層の14C年代測定を行い,隆起年代は約1400年前と推定されたので,明応東海地震の可能性は否定しました.一方,下田の隆起貝層については,Kitamura et al. (2014; Island Arc 23:5161, 2015; Earth Planets Space 67:197 DOI10.1186/s40623-015-0367-z, 2016; Quat Inter 397: 541555)14C年代を加速器質量分析で測定し,隆起は下田沖の海底断層の活動によると結論しました.

私たちは,太田ほか(1983)明応東海地震の証拠の可能性を否定した新島・式根島の隆起貝層の14C年代を加速器質量分析で測定するとともに,未調査の神津島で隆起貝層の調査を行いましたその結果,4回の隆起イベントが識別され,それらの発生年代は,

イベント11950年以降,

イベント2は西暦7861891年,

イベント3は西暦6001165年,

イベント4は西暦161686

と推定され,また最小隆起量は,

イベント10.20.9 m

イベント20.32.6 m

イベント31.64.4 m

イベント48.2 m

と算出しました.これらのデータの結果は,太田ほか(1983)の結果と一致せず,イベント2の隆起は1498年の明応東海地震による可能性が残ったことになりました.なお,上記の隆起イベントの原因は,局地的地震と火山活動による可能性もあり,式根島,新島,神津島は,明応東海地震の破壊領域・津波の波源域の検討には適した場所ではありません.

上図の鮮明な図⇒$

 

石垣島の津波堆積物

1771八重山地震は,最大遡上高30 mの巨大津波を引き起こした琉球海溝沿いの最大の地震です.この地震に伴う八重山津波は,石垣島を中心に先島諸島全域にわたり,12千人の犠牲者と甚大なる被害を与えました.この八重山津波のメカニズムの研究は,これまでは主に津波石を用いて行われてきましたが,その分布からは津波の遡上限界を決定できません.一方,砂質津波堆積物の分布からは遡上範囲を決定できますが,先島諸島では,津波堆積物の分布を把握できる場所は未発見でした.しかし,Ando et al. (2018;北村は第2著者)による調査用溝(トレンチ)で,砂質津波堆積物の分布を正確に決定できる場所が発見され,過去2千年間に約600年間隔で,1771年八重山津波とほぼ同規模の津波が,4回起きていたことが判明しました.さらに,従来,八重山地震は 津波地震(津波の大きさに比べ地震動が小さい,断層面上でゆっくりとしたすべりが生じた地震)と考えられていましたが,今回の調査ではトレンチ内から地割れがいくつも発見され,激しい地震動を伴う,巨大地震であったことが推定されました.以上の研究成果は,先島諸島の防災対策に有益な科学的知見となります.

 

 

中期鮮新世以降の気候・海水準変動の実態の解明

(1)鮮新統―下部更新統の薮田(やぶた)(富山県氷見市)の古生物学・古環境学的研究を行いました(Cronin, Kitamura, Ikeya, Watanabe, Kamiya, 1994).そして,4.5-3.0Ma中期鮮新世(現在より温暖で,大気中のCO2濃度は現在とほぼ同じと推定され,近未来の地球環境のアナロジーとして注目されている)の日本海は対馬海流の流入がほぼ停止していたので,近未来のアナロジーには適当でないこと(Kitamura, Kimoto, 2006)2.7Maの北半球高緯度の大規模な氷床の出現に同調して日本海が寒冷化したことを明らかにしました.詳細

(2)下部更新統の大桑(おんま)(石川県金沢市)の研究

大桑層から産する貝化石群は大桑―万願寺動物群の模式で,私が調査する前は,全層厚の5%にすぎない貝化石密集層(平均層厚約0.7m)の構成種から,同層の堆積期間は永続的に寒流下にあったとされ,1020万年間隔の生層序・古地磁気層序学の時間面が設定されていました.私は,貝化石の層位を全層準(合計約200m)で定量的に記載し,同層は海洋酸素同位体ステージ(MIS)5620(1.650.80Ma)に対比される19の堆積シーケンスの累重からなり,1つのシーケンスでは寒水系貝化石種と暖水系貝化石種の周期的変遷が見られることを明らかにしました(Kitamura, Kondo, Sakai, Horii, 1994; Kitamura, 1998; Kitamura, Kimoto, 2006).これらのことから,当時の日本海の浅海環境は4.1万年周期の氷期―間氷期サイクルに伴う対馬海流の消長でダイナミックに変動したこと,貝化石密集層は退氷期の海水準上昇に伴う外浜侵食で形成されたことを解明しました(Kondo, Abbott, Kitamura, Naish, Kamp, Kamataki, Saul, 1998).さらに,大桑層の地質・化石記録の時間分解能を4.1万年オーダーに向上させました(Kitamura, 1998).これらの成果は,日本古生物学会編集の「古生物学事典第2版」の項目「大桑層」やElsevier 社の「Encyclopedia of Quaternary Science」の「Sequence stratigraphy」の章に収録され,平成18年には一連の成果に対して,日本古生物学会より,日本古生物学会学術賞を授与されました.詳細

(3)先行研究と私の研究成果を統合した暖水系の貝類・浮遊性有孔虫の層位分布データから,日本海に間氷期ごとに対馬海流が流入するようになったのはMIS 59(1.70Ma)であることを突き止めました(Kitamura, Takano, Takada, Omote, 2001).この年代値は日本海南部の海峡の出現を意味し,日本列島の陸上生物の大陸からの分断に関して極めて重要な知見なので,この論文は,日本と中国の進化生物学者に頻繁に引用されています.詳細

 

(4)中期更新世気候変換(MPT)1.00.6Maに起きた氷期―間氷期サイクルの卓越周期の「4.1万年」から「2.3万年と10万年」への移行現象です.しかしMPTの発生機構は未解明で,その原因の一つはMPTの汎世界的海水準の低下量の推定が不十分なことです.過去50万年間の海水準変動は,有孔虫の酸素同位体比(d18O)とサンゴ礁からの海水準変動データとの結合により高精度で復元できます.しかし,それ以前の復元には有孔虫の酸素同位体比記録に浅海成層の堆積相データを結合するしかありません.私は大桑層を貫くトンネル工事で現れた露頭から,世界で初めて,MPT前後の氷期―間氷期サイクルに対応する堆積シーケンスの累重を発見しました.そして堆積相・化石相解析から海水準変動を復元して, d18O記録から予測されていた20-30mの平均海水準低下を裏付けました(Kitamura & Kawagoe, 2006)

(5)IPCC4次報告書にあるように気候変動予測の不確実性の軽減には,完新世の熱帯域の気候変動情報の集積は不可欠です.そこで,私は沖縄の海底洞窟の堆積物中の微小二枚貝イエジマケシザルガイ(殻サイズ3.5mm以下)の全殻のd18Oから,沖縄の海底洞窟の堆積物中の微小二枚貝の酸素同位体比の研究を開始しました.この代替指標の長所は,同一地点・同一深度から数千年に及ぶ環境情報を得られる点にあります.そして,沖縄の表層海洋環境は7000年間ほぼ安定していたが,太陽活動の低下した6300年前と5500年前に数十年スケールの短期的な異常低温・乾燥化が起きたことを明らかにしました(Kitamura et al., 2007; Yamamoto, Kitamura, et al., 2010).今後は,共同研究者と貝殻断面の微小領域のd18Oを測定する技術を確立して,1枚の貝殻から水温の季節変動を復元し,熱帯域の水温変動の復元精度を飛躍的に上げ,表層海水温への太陽活動弱体化の影響を評価します.詳細

 

温暖化時の浅海生態系の動態の解明

大桑層では,退氷期の温暖化に伴う貝類相の変遷過程を10回以上観察でき,そのパターンには,「寒暖両水系貝類が混在するタイプ」と「寒水系貝類の消滅後しばらくして暖水系貝類が出現するタイプ」があることが判明しました(Kitamura, Omote, Oda, 2000).後者は,北半球高緯度の日射量の年較差が非常に大きくなった退氷期のみに起きているので,寒暖両水系貝類の生息に不適当な環境の地域的出現は海水温の年較差の増大に起因すると推定しました.この解釈を日射量変動データに適用し,そのような環境は今後15万年間は現れないと予測しました(Kitamura, 2004)

 

その他の研究

(1)現存の大陸氷床の中で,西南極氷床は温暖化に対して最も脆弱で,その全融解は5mの海水準上昇をもたらします.過去数千年間の数m規模の汎世界的海水準変動の原因は西南極氷床の変動によるので,同期間の海水準変動の復元は西南極氷床の変動予測に重要な制約条件を与えます.そこで,私は,共同研究者と海底洞窟の水没鍾乳石の調査と年代測定を始めました.これは,鍾乳石は水没すると成長が停止するので,その最外層の年代と深度から,従来にはない精度で海水準変動を復元できるのです.

(2)大西洋のバミューダ島の海底洞窟堆積物の研究をカナダの研究者と開始し,太平洋と大西洋の洞窟性動物の違いなどを調べています.

(3)オーストラリアの研究者と,オーストラリア北西陸棚の過去10万年間の浅海環境変動の解明を行っています.

 

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