中央アジア東部乾燥地帯の夏季降水量の変動を過去8500年間にわたって解明
～シルクロードの東西文明交流における気候影響を初めて明らかに～（お知らせ）

　中央アジアは、ユーラシア大陸の内陸に位置し、西はカスピ海、東は天山山脈に囲まれた地域をさします。特に、パミール高原の東側は、ゴビ砂漠、黄土地帯を含む世界でも屈指の広大な乾燥地帯を有しています。いわゆるシルクロードを中心とした東西文明の要となる重要な要衝を占め、古代ギリシャ・ローマの記録によると、少なくとも紀元前6世紀には、アケメネス朝ペルシャに属していたことがわかっています。このような歴史的発展の中で中央アジアは重要な位置を占めてきました。現在、中央アジアの気候は、主に偏西風帯に属し、局所的にインド夏季モンスーン、東アジア夏季モンスーンなどの季節風が複雑に影響し、それらの相対的な影響の度合いについては十分な理解に至っていません。

　モンスーンは、アフリカ東岸からインド洋を経て東アジアまでの約1万kmに渡って、高温多湿な空気の流れを形成しています。そのうちモンスーン・アジアでは、1年のある時期を境に、雨期・乾季に代表されるようにその気候が急激に変化することから、農業を中心として、それらの地域への影響ははかりしれません。中でも中央アジア東部は、タクラマカン砂漠に代表されるように大部分が乾燥地帯やステップ気候帯からなり、年降水量は250mmにも満たず、そのうち65%が夏季に集中します。しかしながら、この地域における偏西風、モンスーン強度の相互関係並びにその気候ダイナミクスに関する歴史的変化の実態は解明されていません。降水量の変動は、地域の農業生産や水循環に大きな影響を与えるため、将来の気候変動による環境変化（特に湿潤・乾燥化）に高い関心が向けられています。

　中央アジアにおける過去のモンスーン変動を解明することは、これらの地域が、将来の気候変動（温暖化）によりどのような環境影響を受けるかを予測するための重要な知見を提供するものといえます。

　本研究は、新疆ウイグル自治区、ウルムチ市の南東45kmに位置するチャイオプ湿原（Chaiwobu peatland）から取り出した泥炭コア（コア長が長さ2.6m）を用いて行われました。チャイオプ湿原は、天山山脈東部の地溝帯に位置し、広さ3300 hm²になり、ウルムチ市の年平均気温は、6.5度、降水量は250mmになります。また、全体の降水量の内の65%が夏季降水量からなります。分析は、泥炭に残った植物（カヤツリグサ科およびイネ科）の残渣からセルロースを抽出し、セルロースの炭素安定同位体比から、過去の降水量（湿潤）の復元を行いました。

　本研究では、炭素安定同位体比^注3を用いて中央アジア乾燥地帯の夏季降水量の復元を試みました。また、堆積物の年代は、炭素安定同位体比と同様にセルロースについて、国立環境研究所の加速器質量分析計により放射性炭素^注4を計測し、最終的に暦年代の決定を行いました。年代測定に用いた試料は、合計19点、堆積物1試料（1cm分割）あたりの時間分解能は、平均33年となりました。

　中央アジアの気候区分は未だその区分が曖昧ですが、主な区分けとしては、偏西風帯、インド夏季モンスーン帯、東アジアモンスーン帯となっています。本研究が行われた中央アジア東部乾燥地帯のウルムチ市郊外のチャイオプ湿原は、偏西風帯に属します。中央アジア東部の夏季降水量は主に偏西風による水分輸送に支配されています。偏西風と東アジア夏季モンスーンの水蒸気塊の中心は、偏西風では500hPa面（高度約5500ｍ）より上層、東アジア夏季モンスーンでは800hPa（高度約2000ｍ）より下層とそれぞれ異なっています。最近の研究から、現在、偏西風の影響下にある地域においても、偏西風帯とアジアモンスーンの相対的強度の変動にともなう南北移動によって、夏季降水量の変動がおきる可能性が指摘されています。たとえば、中国北部やモンゴルの湖沼地帯の最終退氷期（1万8千年前から11700年前）に相当する古環境記録から報告されています。一方で、軌道要素の変動に代表される気候変動記録からは、中央アジアの水循環（乾湿）が、アジアモンスーン地域のそれと逆位相である可能性指摘されていますが、それらの記録は十分な時間分解能を持ったものではないため、その変動実態やメカニズムについては未解明でした。

　図3cは、チャイオプ湿原で採取された8500年前から現在までの泥炭セルロースの炭素安定同位体比です。この変動は、夏季降水量の増減を表し、値が高い場合には高い降水量、低い場合にはその逆を表します。夏季降水量は、途中で何度かの急激な変動を挟み、一貫して増加傾向を持っていることがわかります。すなわち、中央アジア乾燥地帯の湿潤化が進んでいることを示しています。この地域の水蒸気供給源は、偏西風に支配されていると考えられていましたが、この期間、偏西風およびインド夏季モンスーンの目立った増加は見られませんでした（図3f、図3e）。それに対して、中国北東部からの炭素安定同位体記録から復元された東アジア夏季モンスーンの記録からは、中央アジアにおける湿潤化傾向と同調的な変動をしていることがわかりました（図3d）。以上から、中央アジアの湿潤化は、東アジアモンスーンの影響を受けたものと考えられます。

　図3cをさらによく見ると、千年の時間スケールで同位体比は変動しており、同位体比の高い時期には、降水量が他の時代よりも顕著に増加しています。その高い降水量が見られた時代は、およそ1000年もの期間にわたって続いていました。中でも4500年前の湿潤化による環境の変化は、当時の文明の勃興においてきわめて有益な影響をもたらしていたことが予想されます。これを裏付ける証拠が、現在、考古学資料（チャイオプ湿原からおよそ100kmに位置するタクラマカン砂漠に残る墓地遺跡など）として残されています。これらは、当時の湿潤な環境が、シルクロードを中心とした東西文化交流の促進に大いに貢献していたことを示すものです。さらに、中央アジアと遠く北大西洋域の気候変動をつなぐテレコネクションがあったことがわかりました。すなわち中央アジアで降水量が増加した時期に、北大西洋では寒冷化（ボンドサイクル）が起きていたことを示しています（図3a）。一方でこのようなテレコネクションが成立していたときには、インド夏季モンスーンは弱化（乾燥化）し、東アジア夏季モンスーンが強化（湿潤化）される特徴を有していました。

　以上のことから、ミレニアムスケールでの中央アジアの湿潤化には、東アジア夏季モンスーンの変動がきわめて重要な役割を果たしていることが明らかとなりました。本研究は、北大西洋の気候変動が大気循環を介して、東アジア夏季モンスーン変動と連動し、最終的には中央アジアの気候システムにも影響（テレコネクション）していたことを示す初めての成果となります。このような知見は、気候モデルの開発においては、非線形なメカニズムの存在を考慮する必要があることを示唆するものといえます。

　東アジア夏季モンスーンとインド夏季モンスーンの変動の原因は何だったのか、地球の軌道要素と関連する赤道上の太陽日射量の変動を解析したところ、東アジア夏季モンスーンの強化には、熱帯収束帯^注5の南方への移動が関与し、さらにその変動にはエルニーニョ・南方振動（ENSO）^注6が関与している可能性が考えられました。過去8500年間について大きく2つのモードが存在していました。一つは、8500-5000年の間に見られる、ラニーニャ現象が卓越した時代、一方5000年以降、エルニーニョ現象が卓越した時代です。エルニーニョ現象の際の二つのアジアモンスーンの挙動は、互いに逆位相のモードを形成しており、これは東アジア夏季モンスーンが強化され、インド夏季モンスーンは弱化していたことを示しています。

　図4は、西暦900年から西暦2000年までの大気中CO₂濃度(a)、北半球の気温アノマリー(b)、中央アジア夏季降水量の指標(c, 炭素安定同位体比)を示しています。図中の灰色のハッチは、中世温暖期(MCA)、小氷河期(LIA)、産業革命以降の200年間（IE）を示しています。図を見ると産業革命がおこった西暦1800年から現在までの間、過去8500年間ではみられなかった規模で夏季降水量の増加があったことがわかります。この期間は、大気CO₂濃度の上昇と北半球における気温上昇ときわめて同期した変動となっています。今後、温暖化が続く場合、この地域の降水量の増加を促し、湿潤化傾向がいっそう促進される可能性を示しています。

　最後に、産業革命以降の200年間の降水量の増加傾向は、大気中CO₂濃度の増加と強い相関を持っており、今後もこの傾向が続いた場合には、広範囲の乾燥地帯を有する中央アジアにおいてさらなる降水量の増加が懸念されます。現在植生がまばらな地域なだけに、洪水等の災害などの発生が強く懸念されることから、地域の水害対策も含めたインフラ整備など長期的な防災計画の立案が必要とされます。

　なお、この成果は、6月13日、ネイチャー・パブリッシング・グループ発行の「Scientific Reports誌」に掲載されました。

Bing Hong, Françoise Gasse, Masao Uchida, Yetang Hong, Xuetian Leng, Yasuyuki Shibata, Ning An, Yongxuan Zhu & Yu Wang (2014) Increasing summer rainfall in arid eastern-Central Asia over the past 8500 years. SCIENTIFIC REPORTS | 4 : 5279 | DOI: 10.1038/srep05279

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