Research highlight

10. サンゴ骨格中からスマトラ島沖大地震の痕跡を発見

　　　　～新たな古地震記録計の確立に向けて～

本研究成果は 2020年 1月 24日（ 金 ）公開のGeochimica et Cosmochimica Acta誌に掲載されました。

研究論文名：Coral geochemical signals and growth responses to coseismic uplift during the great Sumatran megathrust earthquakes of 2004 and 2005（サンゴ骨格中の古環境復元指標と骨格成長に記録された 2004, 2005年スマトラ島沖地震による隆起イベント）

著者：伊藤早織¹, 山崎敦子^2,3,4, 西村裕一⁵, Eko Yulianto⁶, 渡邊 剛² （¹北海道大学大学院理学院, ²北海道大学大学院理学研究院, ³喜界島サンゴ礁科学研究所, ⁴九州大学大学院理学研究院, ⁵北海道大学大学院理学研究院附属地震火山観測研究センター, ⁶インドネシア国立科学院地質研究所）

 

研究成果の概要

インドネシア・スマトラ島沖では過去数百年間にマグニチュード（M）7以上の巨大地震が繰り返し発生しています。海溝型地震では,海底（または地表）の隆起と津波を伴うことがあり, 2004, 2005年に発生したスマトラ島沖地震でも同様に, 震源周辺の島で数 m規模の隆起や巨大津波が発生しました。スマトラ島沖は豊かなサンゴ礁が広がっておりこのような地震イベントは造礁性サンゴ^*1の生息環境にも影響を与えたと考えられます。これまで, 過去の地震イベントの検出やサンゴ礁への影響評価は, 津波堆積物の分析やサンゴ礁のモニタリングなどにより行われてきましたが, 地震イベント発生前後のサンゴ礁環境とサンゴの成長応答の詳細は明らかになっていませんでした。

研究グループはインドネシア・シメル島産の造礁性サンゴ骨格を用いて, 骨格中の炭素安定同位体比^*2や骨格成長を分析した結果, 2004, 2005年のスマトラ島沖地震の発生を示す複数のシグナルを検出し, 地震に伴う隆起・津波イベントがサンゴの生息環境に与えた変化と骨格成長への影響を明らかにしました。 今後は, 本研究の手法を化石サンゴ骨格に応用することで, より古い時代の地震イベントにおけるサンゴ礁環境の変化を捉えることができると期待されます。

 

論文発表の概要

　

【背景】

造礁性サンゴの生息可能域は インド洋〜太平洋における多くの古地震の発生分布と重なっており（図1）, 造礁性サンゴ骨格は過去の地震イベント（津波隆起などの地殻変動を含む）を検出できる可能性を有しています。これまで古地震・古津波の発生と地震に伴う古地殻変動は歴史文書の読解や津波堆積物の分析によってまた津波イベントがもたらす礁内環境の変化は主にサンゴの被覆度などのモニタリングによって報告されてきました。しかしこれらの手法では地震イベント発生前後のサンゴ礁環境とサンゴの成長応答を時空間的に詳細に把握することが困難でした。

2004年 12月及び2005年 3月に発生したスマトラ島沖地震では震源周辺の島で数m規模の隆起や巨大津波が発生しました。地震に伴う海底の隆起は造礁性サンゴの生息水深が変わることを意味するほか地震に伴う津波によって陸から海洋へ土砂を流出させて水中濁度を増加させることがあります。生息水深や水中濁度の変化はサンゴが受ける日射量を変化させ体内に共生させている共生藻の光合成活性/不活性に影響を与えると考えられます。また共生藻の光合成活性はサンゴ骨格の成長に大きく影響することが知られているため地震イベントがサンゴ骨格の成長に影響する可能性がありました。

　

【研究手法】

研究グループは, 2004, 2005年スマトラ島沖地震の震源に挟まれた場所に位置するインドネシア・シメル島沖にて調査を行いました。シメル島では, この地震に伴う隆起（北西部： 2004年の地震で最大1.45m, 南東部： 2005年の地震で最大 1.65m）と津波 （2004年： 13m, 2005年： 5m）が観測されています。生息水深・隆起量・湾内/外洋という異なる環境で生息する4つの造礁性サンゴ群体から, 5本の骨格柱状試料を採取し, 2週間〜1ヶ月に相当する年輪ごとに区切って化学分析（主に炭素安定同位体比）と骨格成長指標^*3の分析を行いました。

サンゴの骨格には樹木のように年輪が刻まれており，過去の海洋環境の変動が 1 週間〜1 ヶ月間程度の細かい精度で記録されています。本研究では，サンゴ骨格中の化学組成の変化と地震前後のサンゴ骨格の成長記録から，地震イベントがもたらした海洋環境の変動とサンゴへの影響を分析しました。

　

【研究成果】

造礁性サンゴ骨格の柱状試料（図 1）に記録された古環境復元指標を分析した結果，2004，2005 年に発生したスマトラ島沖地震による海底の隆起に対応した化学組成の変化が確認されました（図 2）。これは，海底の隆起に伴って地震後のサンゴの生息水深が浅くなったことによる影響を示していると考えられます（水深が浅くなる→サンゴが受ける日射量が増加する→体内に共生している共生藻の光合成が 活性化する）。この成果と先行研究と組み合わせた検証によって，サンゴ骨格が過去の隆起イベントを検出できる可能性が証明され，サンゴ骨格を用いた過去の隆起イベントの検出研究には，生息水深が 浅く隆起量が大きい環境に生息する造礁サンゴがより有効的であることが示唆されました。

また，サンゴ骨格及び骨格成長を観察・分析した結果，2004 年のスマトラ島沖地震・巨大津波の痕跡を複数発見しました。サンゴ骨格で観察された痕跡（図 3）は，津波によって陸から海へ流出した土砂や砂泥の巻き上げ，藻類の大繁殖によるものと考えられます。また，津波を経験した年の骨格成長量が著しく低下している群体も確認されました（図 4）。よって，津波イベントが造礁サンゴの骨格成長を 妨げる要因となったことが示唆されました。さらに，津波イベントによるサンゴ骨格への影響は，津波が高く，湾内かつ生息水深が浅い環境で生息するサンゴの方が大きいことがわかりました。

　

【今後への期待】

サンゴ礁は，熱帯から亜熱帯における海洋生態系のベースとなる存在です。地震・津波・地殻変動が与えるサンゴ礁への影響と造礁性サンゴの応答を正しく評価することは，サンゴの生態のみならずサンゴ礁環境や海洋生態系のシステムをより深く理解することに繋がります。本研究は，現生サンゴ骨格を用いて近年の地震イベントの痕跡を検出しましたが，今後は，本研究の手法を化石サンゴ骨格に応用することでより古い時代の地震イベントにおけるサンゴ礁環境の変化を捉えることができると期待されます。

 

 

 

 

【用語解説】

＊1 造礁性サンゴ … サンゴの中でも，体内に褐虫藻と呼ばれる藻を共生させることで骨格の成長速度を速めているサンゴのこと。造礁性サンゴの骨格は炭酸カルシウムからなり，樹木の年輪のような骨格を形成する。この年輪に沿って化学分析を行うことで，1 週間〜1 ヶ月程度の細かい精度で 古環境を復元できる。

＊2 炭素安定同位体比 … 炭素には質量数 12，13 の 2 つの炭素安定同位体比が存在する。造礁性サンゴなどの炭酸カルシウム骨格における質量数 12 の炭素に対する質量数 13 の炭素の割合（炭素同位体比：δ¹³C）は，骨格形成時のサンゴが受けた日射量（光量）や体内に共生させている共生藻の光合成活性／不活性を主に反映することが知られている。したがって，本研究で扱ったような海底の隆起イベントでは，造礁サンゴの生息水深が浅くなったことによる光量の変化を捉えることができる。

＊3 骨格成長指標 … 本研究で用いたサンゴの骨格成長指標は，骨格密度，骨格伸長量（骨格成長量），石灰化量の 3 種類である。造礁性サンゴ骨格に軟 X 線を照射し撮影した画像からは，造礁性サンゴ 骨格の年輪を観察できる（図 1）。骨格密度はこの画像を分析することで算出される。骨格伸長量は，年間の変動が明確な水温指標（例えば，骨格中のストロンチウム・カルシウム比など）によって決定した単位期間あたりの骨格の長さで算出される。石灰化量は，先行研究にもとづいた算出方法で， 骨格密度と骨格伸長量から推算される。